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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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2. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO:
2.1. Materiales y equipos a usar:
- Cinta métrica
- Nivel
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FIGURA 4.- Tipos de flujos en canales
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- 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
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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
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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
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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
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FOTO 01.- VISTA DE CANAL TRAPEZOIDAL
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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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