Informe de Laboratorio de La Cruz Cardenas Susan Paola

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION 2

TEMA: PROPIEDADES FÍSICO HIDRÁULICAS DE LOS CANALES ABIERTOS. 3

I. RESUMEN 3

1. OBJETIVOS 4

1.1. OBJETIVO GENERAL 4

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4

2. MARCO TEÓRICO 4

3. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO: 6

3.1. Materiales y equipos a usar 6

3.2. Procedimiento 7

3.3. Resultados 8

IV. CONCLUSIONES 12

V. BIBLIOGRAFÍA 12

1MECANICA DE FLUIDOS II ALUMNA: DE LA CRUZ CARDENAS SUSAN PAOLA


INTRODUCCION

Se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos

generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta

a la atmósfera. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es

una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la

ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.

Los elementos geométricos son propiedades de una sección de canal que

pueden ser definidos por completo por la geometría de la sección y la

profundidad de flujo.

En el presente trabajo describiremos las propiedades físicas hidráulicas de los

canales, para después apoyados del material de estudio brindado por el

docente en el área, realizar el reconocimiento de las propiedades físico

hidráulicas de los Canales abiertos, a fin de entender y aprender la importancia

del diseño de los mismos.



INFORME DE LABORATORIO N° 01

TEMA: CLASIFICACIÓN DEL FLUJO

I. RESUMEN

Desarrollaremos los procedimientos planteados en la guía de prácticas del

laboratorio para después describir y dibujar las propiedades físicas hidráulicas

en el diseño del canal. Es necesario reconocer la importancia de desarrollar de

forma correcta los procedimientos planteados por el mismo.

1.OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Experimentar mediante la recreación con los diferentes tipos de flujo que se

pueden presentar en un canal.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Reconocer las características físicas de los canales, trabajando en grupo

Describir con exactitud cada una de ellas, diferencia su importancia en el

diseño de las mismas.

MARCO TEÓRICOEl movimiento de los fluidos, flujo, puede clasificarse de muchas maneras, según

diferentes criterios y según sus diferentes características, así tenemos:

2.1 Flujo permanente:

Llamado también flujo estacionario. El flujo es permanente si los parámetros (tirante,

velocidad, área, etc.), no cambia con respecto al tiempo, es decir, en una sección del

canal en todos los tiempos los elementos del flujo permanecen constantes.

Matemáticamente se puede expresar:

∂Q∂ t

=0 ; ∂V∂t

=0 ; ∂ y∂ t

=0 ; ∂ ρ∂ t

=0; etc .

2.1.1 Flujo uniforme:

El flujo es uniforme si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian con

respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal los elementos del flujo

permanecen constantes. Matemáticamente se puede representar:

∂Q∂ s

=0 ; ∂V∂s

=0 ; ∂ y∂ s

=0 ; ∂ ρ∂ s

=0; etc .

2.1.2 Flujo no uniforme o variado:

Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras

sólidas por efecto de la viscosidad. El flujo es no uniforme o variado si los parámetros

(tirante, velocidad, área, etc.) varían de una sección a otra. Matemáticamente se puede

representar:

∂Q∂ s≠0 ;

∂V∂ s≠0 ;

∂ y∂ s≠0 ;

∂ ρ∂ s≠0 ; etc .

El flujo no uniforme o variado se puede clasificar en gradual y rápidamente variado.



Flujo gradualmente variado (FGV): Es un flujo permanente cuya profundidad varía de

manera gradual a lo largo del canal.

Flujo rápidamente variado (FRV): La principal característica del Flujo Rápidamente

Variado (FRV) es que la curvatura de las líneas de corriente es pronunciada, con lo cual

la suposición de una distribución hidrostática de presiones deja de ser válida. En

ocasiones el cambio en la curvatura puede ser tan abrupto como para romper

virtualmente el perfil de flujo, resultando en un estado de alta turbulencia y perfil de flujo

discontinuo. El ejemplo más conocido de una situación como la descripta es el resalto

hidráulico.

FIGURA 1.- Flujo no uniforme o variado.

2.2 Flujo no permanente:

Llamado también flujo no estacionario. En este tipo de flujo en general las propiedades de

un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro

dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un

instante a otro se dice que es un flujo no permanente. Matemáticamente se puede

expresar:

∂Q∂ t≠0 ;

∂V∂t≠0 ;

∂ y∂ t≠0 ;

∂ ρ∂ t≠0 ; etc .

2.3 Flujo laminar, turbulento y transicional:

El flujo laminar (ver anexo 1) tiene lugar si predominan las fuerzas viscosas sobre las de

inercia. Se presenta muy raramente, cuando la velocidad del agua en el canal es

extremadamente pequeña. El número de Reynolds (Re) referido al radio hidráulico resulta

menor que 500.



El flujo turbulento (ver anexo 2) tiene lugar si predominan las fuerzas de inercia sobre

las viscosas. El valor del Re a partir del cual el flujo es decididamente turbulento no tiene

un valor definido, pero si se toma como referencia el valor 4000 que rige para tuberías el

valor correspondiente en canales resulta 1000.

Como consecuencia, el flujo es transicional si tiene lugar con valores Re comprendidos

entre 500 y 1000.

2.4 Flujo rotacional e irrotacional:

Una partícula de fluido en el interior de una masa fluida en movimiento, está sometida a

esfuerzos normales (presión) y a esfuerzos tangenciales (esfuerzo cortante o fricción

debida a la viscosidad). Como consecuencia de la acción combinada de los esfuerzos

cortantes que se producen entre distintas capas de fluido, puede ocurrir que la partícula

de fluido rote sobre uno o varios de sus ejes. Esto produce una velocidad angular de

rotación además de la velocidad de traslación a la que se mueve, dependiendo de la

distribución de velocidades en cada una de las direcciones y de la viscosidad del fluido.

Si alguna partícula de fluido rota se dice que el flujo es rotacional, mientras que si ninguna

partícula lo hace el flujo es irrotacional. Analíticamente esto se calcula mediante el término

de vorticidad, el cual no es más que el rotacional del campo de velocidades:

Vorticidad=2∗w=r⃗ot V⃗=∇ x V⃗

El flujo será irrotacional si la vorticidad es nula, siendo rotacional si la vorticidad es distinta

de cero.

2.5 Flujo subcrítico, crítico y supercrítico:

En relación con el efecto de la gravedad, el flujo puede ser crítico, subcrítico y

supercrítico; la importancia de la fuerza de gravedad se mide a través del número

de Froude (F):

F= v

√gL

Donde: v = velocidad media de la sección, en m/s.



g = aceleración de la gravedad, en m/s2.

L = longitud característica de la sección, en m.

En canales, la longitud característica viene dada por la magnitud de la profundidad

media o tirante medio y=A /T , con lo cual se tiene:

F= v

√g y

Entonces, por el número de Froude, el flujo puede ser:

Flujo subcrítico si F<1, en este estado las fuerzas de gravedad se hacen

dominantes, por lo que el flujo tiene baja velocidad, siendo tranquilo y lento. En

este tipo de flujo, toda singularidad, tiene influencias hacia aguas arriba.

Flujo crítico si F=1, en este estado, las fuerzas de inercia y gravedad están en

equilibrio.

Flujo supercrítico si F>1, en este estado las fuerzas de inercia son más

pronunciadas, por lo que el flujo tiene una gran velocidad, siendo rápido o

torrentoso. En este tipo de flujo, toda singularidad, tiene influencia hacia aguas

abajo.

III. ANÁLISIS

FLUJO EN TUBERÍA FLUJO EN CANAL

- El flujo en una tubería no tiene

superficie libre.

- No está sometido a la presión

atmosférica de manera directa, si no

solo a la presión hidráulica.

- En la tubería el líquido escurre porque

hay un gradiente de energía.

- El flujo en un canal debe tener una

superficie libre.

- Como tiene una superficie libre está

sometida a la presión atmosférica.

- En el canal el líquido escurre por

gravedad.



2. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO:

2.1. Materiales y equipos a usar:

- Cinta métrica

- Nivel


FIGURA 4.- Tipos de flujos en canales


- Estadal

- Regla

2.2. Procedimiento:

1. Medir en cada modelo:

- Base

- Altura total

- Pendiente longitudinal

2. Definir características del material de acabado o recubrimiento

3. Medir en cada pila disipadora:

- Base

- Longitud

- Profundidad

4. Medir en las pilas aforadoras de cada modelo lo siguiente:

- Ancho - Largo

5. Medir las diferentes estructuras aforadoras



a) Vertedores de pared delgada

- Triangular

- Circular

- Rectangular

- Trapecial

b) Vertedor cimacio

c) Vertedor de cresta ancha

d) Vertedor Parshall

6. Dibujar y dimensionar el perfil longitudinal y la planta de cada uno de los

modelos de canales

7. Dibujar y dimensionar las secciones transversales de cada canal

8. Dibujar y dimensionar cada una de las estructuras aforadoras

2.3. Resultados:

- DATOS

* BASE (b): 16

c

m = 0.16 m

*

PSEUDO-ESPEJO DE AGUA

(T): 47

c

m = 0.47 m

* ALTURA TOTAL (H): 21

c

m = 0.21 m

*

LONGITUD DE

CANAL: 500

c

m = 5 m

*

PENDIENTE

:

h1= 83

c

m = 0.83 m

h2= 77

c

m = 0.77 m



0.47 m

0.21 mA= 0.0662 m3

0.16 m

0.23 0.23

0.55 h= 0.38 cmPILA

AFORADORA

PILA DISIPADO

RA

0.46

0.83 0.77 0.77

5.00

NIVEL DE AGUA0.38

0.28

0.16



0.13

0.900.54 0.14 0.16

A

B

0.10

h= 0.15

0.250.40

A

0.12

0.25

0.15h= 0.26

0.15

0.10

0.35

0.47

B



FOTO 01.- VISTA DE CANAL TRAPEZOIDAL



FOTO 02.- VISTA DE CANAL TRAPEZOIDAL

IV. CONCLUSIONES

Es necesario conocer las propiedades físico hidráulicas de los canales para

poder identificar su importancia en el momento de diseño

El material de la estructura del canal a estudiar determina en el

comportamiento del flujo en el mismo

V.BIBLIOGRAFÍA

Villón Béjar, Máximo (1995). Hidráulica de Canales. Costa Rica: Editorial

tecnológica de Costa Rica.

Ven Te Chow (1982). Hidráulica de los Canales Abiertos. México: Editorial

Diana.

Manual de hidráulica de canales (2015). Guadalupe Estrada Gutiérrez


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