Fundamento teórico fluidos

21
Huancayo – Perú CATEDRÁTICO: Ing. CLEMENTE CONDORY , Luis INTEGRANTES: FLORES VELIZ ,Kerry Alfredo MALLQUI GALA ,Percy ORIHUELA NUÑEZ , Jhonel SEMESTRE : V FLUJO UNIFORME EN CANAL

description

flujo uniforme en modulo de canal

Transcript of Fundamento teórico fluidos

Page 1: Fundamento teórico  fluidos

Huancayo – Perú

- 2015 -

CATEDRÁTICO: Ing. CLEMENTE CONDORY , Luis

INTEGRANTES: FLORES VELIZ ,Kerry AlfredoMALLQUI GALA ,PercyORIHUELA NUÑEZ , Jhonel

SEMESTRE : V

DEL CENTRO DEL PERÚ

UNIVERSIDAD NACIONAL

FLUJO UNIFORME EN CANAL

Page 2: Fundamento teórico  fluidos

RESUMEN

El flujo uniforme se presenta cuando todas las secciones del canal tienen exactamente las mismas características hidráulicas. Para que este tipo de flujo se presente es necesario que la sección transversal sea constante, que su trazo sea recto y de una longitud suficiente para vencer la zona transitoria. En este tipo de flujo, el gradiente de energía, la superficie libre del agua y la pendiente del fondo del canal presentan líneas paralelas.

Page 3: Fundamento teórico  fluidos

INTRODUCCION

La condición de flujo uniforme rara vez ocurre en la práctica, sin perjuicio de lo cual el concepto de flujo uniforme es central para la comprensión de muchos problemas y en ocasiones incluso permite aproximar a una solución relativamente simple y suficientemente satisfactoria para diversos problemas prácticos. El flujo uniforme ocurre cuando la pérdida de energía ocasionada por el flujo turbulento es exactamente balaceada por la reducción en energía potencial

En los flujos a superficie libre la componente del peso del agua en la dirección del flujo, fuerza motora, causa la aceleración de éste (o desaceleración si la pendiente de fondo es negativa), mientras que la tensión de corte, rasante o “fricción” contra las paredes y el fondo del canal ofrece resistencia al flujo, desacelerándolo.

Dependiendo de la magnitud relativa entre esas fuerzas que aceleran y desaceleran el flujo, éste último responde en consecuencia. Por ejemplo si la fuerza de fricción es mayor que la componente del peso, entonces la velocidad del flujo se reduce y consecuentemente el tirante aumenta. Si el canal es largo y prismático (esto es que ni la forma de la sección transversal ni la pendiente de fondo del canal cambian con la distancia) entonces del flujo se acelera o desacelera a lo largo de una cierta distancia, hasta que las fuerzas motoras y resistivas se igualan. De allí en más la velocidad del flujo y el tirante se mantienen constantes, configurándose la situación denominada FLUJO UNIFORME.

Page 4: Fundamento teórico  fluidos

OBJETIVOS

-Comprobar la existencia de flujo uniforme en un tramo del canal de pendiente variable.

-Determinar el coeficiente de rugosidad de las paredes del canal, llámese éste coeficiente de Chézy, C, o coeficiente de Manning, n, o coeficiente de rugosidad absoluta, k.

-Analizar la variación de los coeficientes C y n con el número de Reynolds y el radio hidráulico del flujo.

MATERIALES

En el presente trabajo se utilizó los siguientes materiales-vidrio-estructura de acero-silicona-pintura-bomba de agua-tubería

Métodos y formulas a utilizar fueron-ecuación de Chezy

-software como H CANALES, HEC RAS y CIVIL 3D

Page 5: Fundamento teórico  fluidos

DEFINICION

Un flujo se considera uniforme cuando cualquier magnitud que se considere permanece invariante entre todas las secciones del canal.

Tiene las siguientes características principales:

1. La profundidad, el área mojada, la velocidad y el caudal en cada sección del canal son constantes.

2. La línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos, es decir, sus pendientes son todas iguales Sf = Sw = So = S, donde Sf es la pendiente de la línea de energía, Sw es la pendiente del agua y So es la pendiente del fondo del canal.

3. Un flujo uniforme se alcanzará si la resistencia se equilibra con las fuerzas gravitacionales.

Cuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes de las fuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del movimiento

Page 6: Fundamento teórico  fluidos

ECUACIONES PARA HALLAR LA VELOCIDAD EN UN FLUJO UNIFORME

La ecuación de Chézy.

La mayor parte de las ecuaciones prácticas de flujo uniforme pueden expresarse en la forma V= C RX SY, donde V es la velocidad media; R es el radio hidráulico; S es la pendiente de la línea de energía; X y Y son exponentes; y C es un factor de resistencia al flujo, el cual varía con la velocidad media, el radio hidráulico, la rugosidad del canal, la viscosidad y muchos otros factores.

Se han desarrollado y publicado una gran cantidad de ecuaciones prácticas de flujo uniforme. Las ecuaciones mejor conocidas y más ampliamente utilizadas son las ecuaciones de Chézy y de Manning.

En 1769 el ingeniero francés Antoine Chézy desarrolla probablemente la primera ecuación de flujo uniforme, la famosa ecuación de Chézy, que a menudo se expresa como

V=C √RS

Donde V es la velocidad media, R es el radio hidráulico, S es la pendiente de la línea de energía y C es un factor de la resistencia al flujo, conocido como C de Chézy.

La ecuación de Chézy puede deducirse matemáticamente a partir de dos suposiciones. La primera suposición fue hecha por Chézy. Ésta establece que la fuerza que resiste el flujo por unidad de área del lecho de la corriente es proporcional al cuadrado de la velocidad, es decir, esta fuerza es igual a KV2, donde K es una constante de proporcionalidad. La superficie de contacto del flujo con el lecho de la corriente es igual al producto del perímetro mojado y la longitud del tramo del canal o PL (figura 1). Entonces la fuerza total que resiste al flujo es igual a KV2PL.

Page 7: Fundamento teórico  fluidos

La segunda suposición es el principio básico de flujo uniforme, el cual se cree que fue establecido por primera vez por Brahms en 1754. Ésta establece que en el flujo uniforme la componente efectiva de la fuerza gravitacional que causa el flujo debe ser igual a la fuerza total de resistencia.

La componente efectiva de la fuerza gravitacional (figura 1) es paralela al fondo del canal e igual a wALsen =wALS, donde w es el peso unitario del agua, A es el área mojada,  es el ángulo de la pendiente y S es la pendiente del canal. Entonces, wALS=KV2PL; como A/P=R, y si el radical  se reemplaza por un factor C, la ecuación anterior se reduce a la ecuación de Chézy o .

La ecuación de Manning.

En 1889 el ingeniero irlandés Robert Manning presentó una ecuación, la cual modificó más adelante hasta llegar a su conocida forma actual

V=1nR2/3S1 /2

Donde V es la velocidad media, R es el radio hidráulico, S es la pendiente de la línea de energía y n es el coeficiente de rugosidad, específicamente conocido como n de Manning. Esta ecuación fue desarrollada a partir de siete ecuaciones diferentes, basada en los datos experimentales de Bazin y además verificada mediante 170 observaciones. Debido a la simplicidad de su forma y los resultados satisfactorios que arroja en aplicaciones prácticas, la ecuación de Manning se ha convertido en la más utilizada de todas las ecuaciones de flujo uniforme para cálculos en canales abiertos.

Page 8: Fundamento teórico  fluidos

CALCULOS Y METODOS

Usando las ecuaciones Manning.

V=1nRh2 /3S1/ 2

Rh= (b+zh )hb+2h√1+z2

Teniendo como datos:

b=17cm

z=0.818182

h=9.8cm

Rh= (17+0.818182∗22 )2217+2∗22∗√1+0.8181822

Rh=10.426444

n=0.01V=1nRh2/3S1 /2

V= 10.01

10.4264442/30.0081/2

V=42.691 cm /s

Usando la ecuación de Chézy.

Page 9: Fundamento teórico  fluidos

V=C √RS

Teniendo

R=10.426444

S=0.008

Entonces

V=147.81√10.426444 x0.008

V=42.6890 cm /s

Usando la ecuación de sofwares

HEC-RAS Y CIVIL 3D

Page 10: Fundamento teórico  fluidos
Page 11: Fundamento teórico  fluidos
Page 12: Fundamento teórico  fluidos
Page 13: Fundamento teórico  fluidos
Page 14: Fundamento teórico  fluidos
Page 15: Fundamento teórico  fluidos
Page 16: Fundamento teórico  fluidos

SOFWARE: H-CANALES

Page 17: Fundamento teórico  fluidos

RESULTADOS

El diseño aplicado nos permitió realizar los siguientes cálculos

V=42.6890 cm /s

Q=¿0.0021 m3/s

Rh=10.426444

numero de froud=¿0.8693

tipode flujo = SUBCRITICO

Page 18: Fundamento teórico  fluidos

DISCUSIÓN

En el diseño de canales abiertos es muy deseable tener flujos uniformes en la mayoría de los sistemas ya que significa tener un canal de altura constante, lo cual es más fácil de diseñar y construir.

CONCLUSIONES

Si la profundidad del flujo en el canal es constante se puede hablar de flujo uniforme en donde la pendiente del canal es igual a la del perfil del agua ya su vez a la de energía.

A través de cálculos pudimos evidenciar en coeficiente de chezy que es muy importante para el cálculo de la velocidad.

En el flujo uniforme para cada caudal la profundidad, el área mojada y la velocidad son contantes en cada sección del canal.