República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder popular para la Educación Superior

I.U.P «Santiago Mariño»Ing. Civil 42»NA»

Energía Específica

Alumna:Ortegano O.#24.368.428

CARACAS, ENERO DE 2016.

¿ QUÉ ES LA ENERGÍA

ESPECÍFICA?

LA ENERGÍA ESPECÍFICA Es la sección de un canal y se define como la energía por kilometro de agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal. De lo anterior, la ecuación de Bernoulli , para una sección de canal es:E= Z + y+ V²/ 2gE= y + V²/ 2gE= y + Q²/ 2g A² El concreto de energía específica fue desarrollada por Boris A. Beckmetteff en 1912 y se deriva de la ecuación de Bernoulli; mediante su adecuada consideración se pueden resolver los más complejos problemas de transiciones cortas en las que los efectos de rozamiento son despreciables.E= y + V²/ 2g v= Q/ A

¿ CUÁL ES SU EL RÉGIMEN CRÍTICO?

RÉGIMEN CRÍTICO Se dice que un canal o alguna sección esta trabajando bajo un régimen crítico cuando:

Posee la energía específica mínima para un caudal dado, o Posee el cauda máximo para una energía específica dada, o Posee la fuerza específica mínima para un caudal dado.

Caudal o gasto crítico Es el caudal máximo para una energía específica determinada, o el caudal se producirá con una energía específica mínima.

Tirante crítico Es el tirante crítico hidráulico que existe cuando el caudal es máximo, para una energía específica determinada, o el tirante al que ocurre un canal determinado con la energía específica mínima.

Velocidad Crítica Es la velocidad media cuando el caudal es crítico.Pendiente crítica Es el valor particular de la pendiente del fondo del canal, para el cual este conduce un caudal Q en régimen uniforme y con energía específica mínima.

Régimen Subcrítico Son las condiciones en las que los tirantes son mayores que los críticos, las velocidades menores que las críticas y los números de Froude menores que 1, es un régimen lento, tranquilo, adecuado para canales principales o de navegación.

Régimen Supercrítico Son las condiciones hidráulicas en las que los tirantes son menores que los críticos, las velocidades mayores que las críticas y los números de Froude mayores que 1, es un régimen rápido, torrencial, pero perfectamente estable, puede usarse en canales revestidos.

Flujo Crítico: Cuando Froude vale 1 o cuando la velocidad es igual que la raíz cuadrada de la gravedad por la profundidad.

Flujo Subcrítico: También se le denomina flujo lento, el nivel efectivo del agua en una sección determinada está condicionado al nivel de la sección aguas abajo.

Flujo Supercrítico: También se le denomina flujo veloz, el nivel del agua efectivo en una sección determinada está condicionado a la condición de contorno situada aguas arriba.

a) por medio de los tirantes:Si y< yc es un flujo supercrítico.Si y = yc es un flujo crítico.Si y > yc es un flujo subcrítico.b) por medio de la pendiente de fondo (S ₁):S ₁ S₁< Sc es un flujo subcrítico o lento.S ₁ Sf = Sc es un flujo crítico-S ₁ Sf> Sc es un flujo supercrítico.c) Por medio del número de Froude:Si F < 1 es un flujo subcrítico o lento.Si F = 1 es un flujo crítico.Si F > 1 es un flujo spuercrítico.d) Por medio de las velocidades:Si v < vc es un flujo subcrítico.Si v = vc es un flujo crítico.Si v> vc es un flujo supercrítico.

ECUACIÓN DEL RÉGIMEN CRÍTICO

La condición para la energía específica mínima (Q constante). Q²/G= A³c/ Tc. Las relaciones entre los parámetros del Régimen Críticoa) Relación entre el tirante crítico y el caudal.b) Relación entre la velocidad y el tirante crítico.c) Relación entre la energía específica mínima y el

tirante crítico.d) Número de Froude.

ECUACIÓN DE MANNING

En 1889 el Ingeniero irlandés Robert Manning, presentó una ecuación; la cual se modificó posteriormente hasta llegar a su forma actual

V= R⅔S½V= es la velocidad en pies.R= es el radio hidráulico en pies.S= es la pendiente de la línea de energía.n= es el coeficiente de rugosidad específicamente conocido como n de Manning.

ECUACIÓN DE BAZIN El Ingeniero hidráulico Francés H. Bazin propuso una ecuación de acuerdo con la cual determina el coeficiente C o el coeficiente de Chézy que se utiliza en la determinación de la velocidad media en un canal abierto, y en consecuencia, permite cálcular el cuadal utilizando la fórmula de Chézy que se considera como una función de R, pero no de S, expresada en unidades inglesas, esta ecuación es:C= donde Mm= es un coeficiente de rugosidad cuyos valores propuestos por Bazin.Ecuación de caudal Q=

donde Q= caudl (m³/S)A= área de corte transversal del cauce (m²)

FÓRMULA DE CHÉZY En 1769 el ingeniero Francés Antoine Chézy desarrollaba probablemente la primera ecuación de flujo uniforme, la famosa ecuación de Chézy, que a menudo se expresa como:V= C dondeV= es la velocidad media en pies/s, R= es el radio hidráulico en pies, S= es la pendiente de la línea de energía y C= es un factor de resistencia al flujo conocido como C de Chézy.Ecuación de caudal Q=DondeQ= caudal (m³/S)A= área de corte transversal del cauce (m²)

a) Relación entre el tirante crítico y el caudal.b) relación entre la velocidad y el tirante crítico.c) relación entre la energía específica mínima y el

tirante crítico. El régimen del flujo de determinar por el Número de Froude que relaciona las fuerzas de inercia con las fuerzas gravitaciones del movimiento a presión atmosférica, es un valor adimensional que oscila alrededor de la unidad y se calcula por:F= F= número de Froude.V= velocidad media del flujo (Q/A).g= la aceleración de la gravedad.y= tirante hidráulico que es igual al área de la sección dividido el ancho superficial o espejo de agua en la sección donde se calcula eel número de Froude: y= A/ T

CANTIDAD DE MOVIMIENTO QUE SE DAN DENTRO DE UN CANAL

Existen varias situaciones de flujo que pueden presentarse dentro de un canal y que se pueden predecir con la utilización de cantidad de movimiento. Para el estudio de los movimientos descritos aquí se ocurre a la combinación de la ecuación de transporte de Reynolds con la ecuación de continuidad. Aplicar las leyes de termodinámica al flujo libre conduce a la ecuación que describe el delicado equilibrio del flujo uniforme en canales. La ecuación que permite estudiar el transporte de la cantidad de movimiento en un volumen de control puede escribirse como: M¡ - Mʄ= -

EJEMPLO

Vamos a calcular una sección trapezoidal donde tenemos un ancho trapezoidal de solera.b= 0,75 , talud Z= 1 yQ= 0,40 m³/s y Q= m³/s.Utilizamos la fórmula de E= y + Q²/ 2 g A²E= y + 0,40 ²/ 2x 9,81x [(0,75+ y)y]²E= y + 0,0082/ [(0,75 +y)y]²

Dado un canal trapezoidal de base 2m.Q= 20 m³/s, a= 1, Yc=1,65m, n=0.016, So= 1/1000; me piden calcular el régimen del flujo y la relación de la pendiente de los taludes.1/1= y/x entonces x=y.A= 2Y + 2= 2Y+ y² P= 2+

Aquí utilizamos la ecuación de ManningQ= R⅔*So½Entonces: 20= Yn= 2.21mYn> Yc entonces el flujo es Subcrítico.

Se desea diseñar un colector de aguas de lluvia para transportar un caudal máximo de 150m³/s, el colector será de forma triangular revestido de concreto. Dimensionar la estructura para régimen crítico además encontrar la pendiente crítica.Datos: Q= 150 m³/s.Régimen crítico Revestimiento de concretoØ=30° b= 0 tgø= √³/3 A= y² T= 2 y= 2 y P= R= Para crítico T= 1…... (1) remplazamiento en ecuación (1)

En este ejercicio utilizó la fórmula de ManningV,= R⅔ ,½ A= (0,42)²= 0, 102m² v,= =1,47m/s

i,= ( => i,= = i;= 0,008 i,= 0,8% R³