Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Civil Laboratorio de Hidrulica

Prctica No. 3: Tipos de Flujo en un Canal

1. Definicin: Un canal es un conducto por el que fluye un lquido con una superficie libre sometida a la presin atmosfrica, el movimiento del flujo se produce por una inclinacin del fondo del canal debido a su propio peso, es decir por gravedad, esta es la gran diferencia con las tuberas en donde se necesita una presin para producir el flujo.

2. Usos: Generalmente se usa para la conduccin de agua por gravedad en proyectos de agua potable,

riego agrcola, hidroelctricas, drenajes, alcantarillados sanitario y pluvial. 3. Forma geomtrica: su seccin transversal puede ser con geometra regular, tales como cuadrada,

rectangular, triangular, trapezoidal, circular y combinadas o irregulares, as como naturales, ejemplo los cauces de los ros.

Instructores: Ing. Carlos Salvador Gordillo

Ing. Luis Sandoval

4. Tipos de Flujo: La forma en la que el flujo se puede desplazar dentro de un canal define el tipo de flujo

que, considerando sus caractersticas, se puede clasificarse en funcin de variables cinemticas (tiempo y longitud), o dinmicas (peso). Sus principales tipos de flujo y sus caractersticas son:

Clasificacin del tipo de flujo:

Tipo de Flujo Variable de comparacin

Caractersticas del flujo Matemticamente

1. Permanente Tiempo El tirante de agua, la velocidad del flujo y el rea hidrulica permanecen constantes en el tiempo

0t

y; 0

t

V; 0

t

A

2. No Permanente Tiempo El tirante de agua, la velocidad del flujo y el rea hidrulica cambian con el tiempo

0t

y; 0

t

V; 0

t

A

3. Uniforme Longitud El tirante de agua, la velocidad del flujo y el rea hidrulica permanecen constantes en la longitud

0L

y; 0

L

V; 0

L

A

4. No Uniforme o Variado

Longitud El tirante de agua, la velocidad del flujo y el rea hidrulica cambian en la longitud

0L

y; 0

L

V; 0

L

A

4.1 Flujo gradualmente variado

Longitud Los parmetros: tirante, velocidad y rea cambian gradualmente en la distancia

0L

y; 0

L

V; 0

L

A

4.1 Flujo rpidamente variado

Longitud Los parmetros: tirante, velocidad y rea cambian rpidamente en la distancia

0L

y; 0

L

V; 0

L

A

5. Flujo Crtico Gravedad

Las fuerzas de inercia y gravedad estn en equilibrio. Se mide por el nmero de Froude.

1gy

VF

6. Flujo Sub-Crtico Gravedad Las fuerzas de gravedad dominan el movimiento, el flujo tiene velocidad baja, tirante grande y es tranquilo.

1gy

VF

7. Flujo Super-Crtico Gravedad

Las fuerzas de inercia dominan el movimiento, el flujo tiene alta velocidad, tirante pequeo y es turbulento.

1gy

VF

Instructivo de Prctica 5. Objetivo:

1.1 Simular e identificar los diversos tipos de flujo en un canal rectangular, 1.3 Describir las principales caractersticas de los tipos de flujo, 1.4 Evaluar cualitativa y cuantitativamente los tipos de flujo.

6. Equipo: 2.1 Bomba centrfuga 2.2 Canal rectangular plstico 2.3 Depsito aforador, cronmetro, cinta mtrica. 7. Desarrollo de la Prctica:

7.1 Poner en funcionamiento el canal plstico, regulando el caudal bombeado a un valor constante 7.2 Identificar los tramos del canal en donde se producen los diferentes tipos de flujo, haga un croquis. 7.3 Medir con una cinta mtrica el tirante de agua, el ancho en cada seccin seleccionada y la longitud a lo

largo del canal, segn el tipo de flujo a evaluar, siendo ellos; flujo permanente, no permanente, flujo Uniforme y no uniforme, flujo subcrtico, crtico y supercrtico.

7.4 Aforar el caudal que circula por el canal, utilizando el mtodo volumtrico, midindolo por lo menos 3 veces para obtener un caudal promedio.

8 Interpretacin de los resultados:

8.1 Calcular cada caudal aforado volumtricamente con: Q = vol./t, en L/seg

8.2 Obtener el promedio de los 3 caudales aforados, con ste valor realizar los clculos siguientes. 8.3 Con los valores del tirante de agua y longitudes del canal, trace el perfil de la superficie de agua

proporcionalmente, indicando en l los valores obtenidos en el laboratorio. 8.4 Con los valores del ancho b de cada seccin y el tirante de agua, calcule el rea hidrulica A = b*y, cm2

para cada tipo de flujo. 8.5 Calcular la velocidad del flujo en cada punto analizado, V= Q/A, en cm/seg.

8.6 Calcule y clasifique el rgimen del flujo en cada seccin del canal, de acuerdo al nmero de Froude

8.7 Describa cualitativamente las caractersticas de cada tipo de flujo de acuerdo a lo observado durante la

prctica. 8.8 Una vez identificado el tramo del canal en donde se presenta cada tipo de flujo, proceda a aplicar las

ecuaciones que definen las caractersticas de cada tipo de flujo, evalundolas con los valores obtenidos durante la simulacin, verificando que las mismas se cumplan, recordando que una derivada es una

razn de cambio de una variable respecto de otra, es decir por ejemplo, 0t

y, se evaluara as:

12

12

tt

yy

t

y, donde y1, y2 son los tirantes medidos en los tiempos t1 y t2, respectivamente.

8.9 Con los datos de la seccin en donde se presenta el flujo crtico, compruebe el valor del tirante crtico

calculado con la siguiente ecuacin: g

Vy ccrtico

2

, donde Vc es la velocidad del flujo en la seccin crtica.

8.10 Tomando en cuenta el perfil de agua, las caractersticas observadas durante la simulacin y los

resultados del inciso 8.8, Dibuje y describa el tipo de flujo que se presenta en cada tramo del canal. 8.10 Finalmente incluya una investigacin, con ejemplos, de obras hidrulicas donde pueda ocurrir algn

tipo de flujo estudiado en esta prctica.

1. Flujo Permanente:

Ancho de canal, (cm) =

Intervalo de tiempo: 2 minutos

Seccin de Control: Condiciones

iniciales Condiciones

finales

Tiempo, (min) = Tirante, (cm) =

2. Flujo no permanente:

Intervalo de tiempo: 20 segundos

Seccin de Control: Condiciones

iniciales Condiciones

finales

Tiempo, (seg) =

Tirante, (cm) =

3. Flujo uniforme:

Ancho de canal, (cm) =

Longitud entre secciones, (cm) =

Seccin: inicial final

tirante, (cm) =

TABLAS PARA LA TOMA DE DATOS

4. Flujo no uniforme:

4.1 Flujo gradualmente variado:

Perfil de flujo:

Seccin 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Longitud acumulada, (cm) =

Altura de solera Z, (cm) =

Tirante de agua, (cm) =

Ancho, (cm) =

4.2 Flujo rpidamente variado:

Seccin 0 1 2

Tirante, (cm) =

Longitud entre secciones 1 y 2, (cm) =

5. Flujo Crtico:

Seccin: 1 tirante, (cm) = Ancho, (cm) =

6. Flujo Subcrtico:

Seccin: 1 tirante, (cm) = Ancho, (cm) =

7. Flujo Supercrtico:

Seccin: 1 tirante, (cm) = Ancho, (cm) =

8. Aforo:

Altura de escala, (cm)

Volumen aforado, (L)

Tiempo de llenado, (seg)

Aforo 1 =

Aforo 2 =

Aforo 3 =