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factores que intervienen en el flujo, canales y propiedades, principios de conservación en flujo de tuberias
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CONDUCTOS A PRESION(TRABAJO 1 - 822016)
STEVEN ALEXIS ACOSTA GONZALES (21410056)YENIFFER MILENA CASTELLANOS DEVIA (21410057)
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL ALTO DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA CIVIL-V SEMESTRE
CONDUCTOS A PRESIOacuteN Y FLUJO LIBREGIRARDOT-CUNDINAMARCA
2016
1
CONDUCTOS A PRESION(TRABAJO 1 - 822016)
STEVEN ALEXIS ACOSTA GONZALES (21410056)YENIFFER MILENA CASTELLANOS DEVIA (21410057)
JESUS FLAMINIO ESPITIA(INGENIERO CIVIL)
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL GIRARDOT ALTO DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA CIVIL-V SEMESTRE
CONDUCTOS A PRESIOacuteN Y FLUJO LIBREGIRARDOT-CUNDINAMARCA
2016
2
CONTENIDO
Introduccioacuten helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 Objetivos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Marco Teoacuterico helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6 Glosario helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15 Conclusiones helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16 Infografiacutea helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
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INTRODUCCION
La presente investigacioacuten se refiere al tema de conductos a presioacuten en el que podemos encontrar varios argumentos como factores que intervienen en el flujo del agua rugosidad de la superficie interior de la conduccioacuten principios de conservacioacuten en los que se fundamenta el flujo de tuberiacuteas canales abiertos y sus propiedades distribucioacuten de velocidades en una seccioacuten transversal consideraciones generales del flujo de agua a presioacuten y por ultimo funcionamiento hidraacuteulico de las tuberiacuteas a presioacuten
Este trabajo se hace con el fin de adquirir conocimientos baacutesicos teoacutericos y necesarios para dominar la importancia de cada uno de los conceptos nombrados y a futuro identificar en el campo laboral los fenoacutemenos presentes en conductos tuberiacuteas canales y otros
Enfocamos en el tema dando a conocer los beneficios los resultados y la manera en que cada uno nos aporta
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar los principios que rigen el movimiento del agua en sistemas de conduccioacuten a flujo libre y a presioacuten considerando los factores que intervienen en el flujo del agua principios de conservacioacuten de flujo en tuberiacuteas y el funcionamiento hidraacuteulico
OBJETIVO ESPECIFICO
Analizar hidraacuteulicamente sistemas de conduccioacuten a presioacuten y a flujo libre
Conocer las propiedades en canales abiertos Identificar los factores que intervienen en el flujo del agua Aprender a emplear alternativas de solucioacuten a problemas presentes en
tuberiacuteas a presioacuten Conocer cada uno de los tipos de flujo y su comportamiento en
diferentes conductos Visualizar los flujos para asiacute desigualar flujo laminar (flujo ordenado
lento) del flujo turbulento (flujo desordenado raacutepido) flujo transicional (flujo laminar y turbulento a la vez)
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MARCO TEORICO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES
1 Propiedades fiacutesicas del agua transportada (residual pluvial o mezcla) Incluye la masa especiacutefica el peso especiacutefico la densidad la viscosidad y la compresibilidad
2 Pendiente del terreno yo del tubo de conduccioacuten un flujo que presenta pendiente constante a lo largo de la conduccioacuten presentaraacute flujo uniforme (velocidad uniforme)
3 Aacuterea de la seccioacuten transversal del tubo de conduccioacuten y condiciones de flujo (libre a presioacuten lleno parcialmente lleno permanente) El aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente importante en la determinacioacuten del caudal que circula por la tuberiacutea y determina la capacidad total de la tuberiacutea y el aacuterea transversal mojada
4 Tipo de flujo El flujo del agua en una conduccioacuten puede clasificarse seguacuten
El tipo de movimiento
Flujo libre el movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente llenos de forma que existe una superficie libre que estaacute en contacto con la atmosfera el movimiento se realiza gracias a la fuerza de gravedad
Flujo a presioacuten se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce una presioacuten ejemplos tuberiacuteas de distribucioacuten de agua potable
El espacio
Flujo uniforme Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo (velocidad profundidad entre otros) son constantes a lo largo de la conduccioacuten
6
Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
7
Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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CONDUCTOS A PRESION(TRABAJO 1 - 822016)
STEVEN ALEXIS ACOSTA GONZALES (21410056)YENIFFER MILENA CASTELLANOS DEVIA (21410057)
JESUS FLAMINIO ESPITIA(INGENIERO CIVIL)
UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA SECCIONAL GIRARDOT ALTO DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA CIVIL-V SEMESTRE
CONDUCTOS A PRESIOacuteN Y FLUJO LIBREGIRARDOT-CUNDINAMARCA
2016
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CONTENIDO
Introduccioacuten helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 Objetivos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Marco Teoacuterico helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6 Glosario helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15 Conclusiones helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16 Infografiacutea helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
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INTRODUCCION
La presente investigacioacuten se refiere al tema de conductos a presioacuten en el que podemos encontrar varios argumentos como factores que intervienen en el flujo del agua rugosidad de la superficie interior de la conduccioacuten principios de conservacioacuten en los que se fundamenta el flujo de tuberiacuteas canales abiertos y sus propiedades distribucioacuten de velocidades en una seccioacuten transversal consideraciones generales del flujo de agua a presioacuten y por ultimo funcionamiento hidraacuteulico de las tuberiacuteas a presioacuten
Este trabajo se hace con el fin de adquirir conocimientos baacutesicos teoacutericos y necesarios para dominar la importancia de cada uno de los conceptos nombrados y a futuro identificar en el campo laboral los fenoacutemenos presentes en conductos tuberiacuteas canales y otros
Enfocamos en el tema dando a conocer los beneficios los resultados y la manera en que cada uno nos aporta
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar los principios que rigen el movimiento del agua en sistemas de conduccioacuten a flujo libre y a presioacuten considerando los factores que intervienen en el flujo del agua principios de conservacioacuten de flujo en tuberiacuteas y el funcionamiento hidraacuteulico
OBJETIVO ESPECIFICO
Analizar hidraacuteulicamente sistemas de conduccioacuten a presioacuten y a flujo libre
Conocer las propiedades en canales abiertos Identificar los factores que intervienen en el flujo del agua Aprender a emplear alternativas de solucioacuten a problemas presentes en
tuberiacuteas a presioacuten Conocer cada uno de los tipos de flujo y su comportamiento en
diferentes conductos Visualizar los flujos para asiacute desigualar flujo laminar (flujo ordenado
lento) del flujo turbulento (flujo desordenado raacutepido) flujo transicional (flujo laminar y turbulento a la vez)
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MARCO TEORICO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES
1 Propiedades fiacutesicas del agua transportada (residual pluvial o mezcla) Incluye la masa especiacutefica el peso especiacutefico la densidad la viscosidad y la compresibilidad
2 Pendiente del terreno yo del tubo de conduccioacuten un flujo que presenta pendiente constante a lo largo de la conduccioacuten presentaraacute flujo uniforme (velocidad uniforme)
3 Aacuterea de la seccioacuten transversal del tubo de conduccioacuten y condiciones de flujo (libre a presioacuten lleno parcialmente lleno permanente) El aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente importante en la determinacioacuten del caudal que circula por la tuberiacutea y determina la capacidad total de la tuberiacutea y el aacuterea transversal mojada
4 Tipo de flujo El flujo del agua en una conduccioacuten puede clasificarse seguacuten
El tipo de movimiento
Flujo libre el movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente llenos de forma que existe una superficie libre que estaacute en contacto con la atmosfera el movimiento se realiza gracias a la fuerza de gravedad
Flujo a presioacuten se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce una presioacuten ejemplos tuberiacuteas de distribucioacuten de agua potable
El espacio
Flujo uniforme Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo (velocidad profundidad entre otros) son constantes a lo largo de la conduccioacuten
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Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
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Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
15
CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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CONTENIDO
Introduccioacuten helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4 Objetivos helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Marco Teoacuterico helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip6 Glosario helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15 Conclusiones helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip16 Infografiacutea helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip17
3
INTRODUCCION
La presente investigacioacuten se refiere al tema de conductos a presioacuten en el que podemos encontrar varios argumentos como factores que intervienen en el flujo del agua rugosidad de la superficie interior de la conduccioacuten principios de conservacioacuten en los que se fundamenta el flujo de tuberiacuteas canales abiertos y sus propiedades distribucioacuten de velocidades en una seccioacuten transversal consideraciones generales del flujo de agua a presioacuten y por ultimo funcionamiento hidraacuteulico de las tuberiacuteas a presioacuten
Este trabajo se hace con el fin de adquirir conocimientos baacutesicos teoacutericos y necesarios para dominar la importancia de cada uno de los conceptos nombrados y a futuro identificar en el campo laboral los fenoacutemenos presentes en conductos tuberiacuteas canales y otros
Enfocamos en el tema dando a conocer los beneficios los resultados y la manera en que cada uno nos aporta
4
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar los principios que rigen el movimiento del agua en sistemas de conduccioacuten a flujo libre y a presioacuten considerando los factores que intervienen en el flujo del agua principios de conservacioacuten de flujo en tuberiacuteas y el funcionamiento hidraacuteulico
OBJETIVO ESPECIFICO
Analizar hidraacuteulicamente sistemas de conduccioacuten a presioacuten y a flujo libre
Conocer las propiedades en canales abiertos Identificar los factores que intervienen en el flujo del agua Aprender a emplear alternativas de solucioacuten a problemas presentes en
tuberiacuteas a presioacuten Conocer cada uno de los tipos de flujo y su comportamiento en
diferentes conductos Visualizar los flujos para asiacute desigualar flujo laminar (flujo ordenado
lento) del flujo turbulento (flujo desordenado raacutepido) flujo transicional (flujo laminar y turbulento a la vez)
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MARCO TEORICO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES
1 Propiedades fiacutesicas del agua transportada (residual pluvial o mezcla) Incluye la masa especiacutefica el peso especiacutefico la densidad la viscosidad y la compresibilidad
2 Pendiente del terreno yo del tubo de conduccioacuten un flujo que presenta pendiente constante a lo largo de la conduccioacuten presentaraacute flujo uniforme (velocidad uniforme)
3 Aacuterea de la seccioacuten transversal del tubo de conduccioacuten y condiciones de flujo (libre a presioacuten lleno parcialmente lleno permanente) El aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente importante en la determinacioacuten del caudal que circula por la tuberiacutea y determina la capacidad total de la tuberiacutea y el aacuterea transversal mojada
4 Tipo de flujo El flujo del agua en una conduccioacuten puede clasificarse seguacuten
El tipo de movimiento
Flujo libre el movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente llenos de forma que existe una superficie libre que estaacute en contacto con la atmosfera el movimiento se realiza gracias a la fuerza de gravedad
Flujo a presioacuten se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce una presioacuten ejemplos tuberiacuteas de distribucioacuten de agua potable
El espacio
Flujo uniforme Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo (velocidad profundidad entre otros) son constantes a lo largo de la conduccioacuten
6
Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
7
Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
9
Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
10
Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
11
DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
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httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
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INTRODUCCION
La presente investigacioacuten se refiere al tema de conductos a presioacuten en el que podemos encontrar varios argumentos como factores que intervienen en el flujo del agua rugosidad de la superficie interior de la conduccioacuten principios de conservacioacuten en los que se fundamenta el flujo de tuberiacuteas canales abiertos y sus propiedades distribucioacuten de velocidades en una seccioacuten transversal consideraciones generales del flujo de agua a presioacuten y por ultimo funcionamiento hidraacuteulico de las tuberiacuteas a presioacuten
Este trabajo se hace con el fin de adquirir conocimientos baacutesicos teoacutericos y necesarios para dominar la importancia de cada uno de los conceptos nombrados y a futuro identificar en el campo laboral los fenoacutemenos presentes en conductos tuberiacuteas canales y otros
Enfocamos en el tema dando a conocer los beneficios los resultados y la manera en que cada uno nos aporta
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar los principios que rigen el movimiento del agua en sistemas de conduccioacuten a flujo libre y a presioacuten considerando los factores que intervienen en el flujo del agua principios de conservacioacuten de flujo en tuberiacuteas y el funcionamiento hidraacuteulico
OBJETIVO ESPECIFICO
Analizar hidraacuteulicamente sistemas de conduccioacuten a presioacuten y a flujo libre
Conocer las propiedades en canales abiertos Identificar los factores que intervienen en el flujo del agua Aprender a emplear alternativas de solucioacuten a problemas presentes en
tuberiacuteas a presioacuten Conocer cada uno de los tipos de flujo y su comportamiento en
diferentes conductos Visualizar los flujos para asiacute desigualar flujo laminar (flujo ordenado
lento) del flujo turbulento (flujo desordenado raacutepido) flujo transicional (flujo laminar y turbulento a la vez)
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MARCO TEORICO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES
1 Propiedades fiacutesicas del agua transportada (residual pluvial o mezcla) Incluye la masa especiacutefica el peso especiacutefico la densidad la viscosidad y la compresibilidad
2 Pendiente del terreno yo del tubo de conduccioacuten un flujo que presenta pendiente constante a lo largo de la conduccioacuten presentaraacute flujo uniforme (velocidad uniforme)
3 Aacuterea de la seccioacuten transversal del tubo de conduccioacuten y condiciones de flujo (libre a presioacuten lleno parcialmente lleno permanente) El aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente importante en la determinacioacuten del caudal que circula por la tuberiacutea y determina la capacidad total de la tuberiacutea y el aacuterea transversal mojada
4 Tipo de flujo El flujo del agua en una conduccioacuten puede clasificarse seguacuten
El tipo de movimiento
Flujo libre el movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente llenos de forma que existe una superficie libre que estaacute en contacto con la atmosfera el movimiento se realiza gracias a la fuerza de gravedad
Flujo a presioacuten se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce una presioacuten ejemplos tuberiacuteas de distribucioacuten de agua potable
El espacio
Flujo uniforme Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo (velocidad profundidad entre otros) son constantes a lo largo de la conduccioacuten
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Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
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Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
11
DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
12
CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
13
FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
15
CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
16
INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
17
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar los principios que rigen el movimiento del agua en sistemas de conduccioacuten a flujo libre y a presioacuten considerando los factores que intervienen en el flujo del agua principios de conservacioacuten de flujo en tuberiacuteas y el funcionamiento hidraacuteulico
OBJETIVO ESPECIFICO
Analizar hidraacuteulicamente sistemas de conduccioacuten a presioacuten y a flujo libre
Conocer las propiedades en canales abiertos Identificar los factores que intervienen en el flujo del agua Aprender a emplear alternativas de solucioacuten a problemas presentes en
tuberiacuteas a presioacuten Conocer cada uno de los tipos de flujo y su comportamiento en
diferentes conductos Visualizar los flujos para asiacute desigualar flujo laminar (flujo ordenado
lento) del flujo turbulento (flujo desordenado raacutepido) flujo transicional (flujo laminar y turbulento a la vez)
5
MARCO TEORICO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES
1 Propiedades fiacutesicas del agua transportada (residual pluvial o mezcla) Incluye la masa especiacutefica el peso especiacutefico la densidad la viscosidad y la compresibilidad
2 Pendiente del terreno yo del tubo de conduccioacuten un flujo que presenta pendiente constante a lo largo de la conduccioacuten presentaraacute flujo uniforme (velocidad uniforme)
3 Aacuterea de la seccioacuten transversal del tubo de conduccioacuten y condiciones de flujo (libre a presioacuten lleno parcialmente lleno permanente) El aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente importante en la determinacioacuten del caudal que circula por la tuberiacutea y determina la capacidad total de la tuberiacutea y el aacuterea transversal mojada
4 Tipo de flujo El flujo del agua en una conduccioacuten puede clasificarse seguacuten
El tipo de movimiento
Flujo libre el movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente llenos de forma que existe una superficie libre que estaacute en contacto con la atmosfera el movimiento se realiza gracias a la fuerza de gravedad
Flujo a presioacuten se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce una presioacuten ejemplos tuberiacuteas de distribucioacuten de agua potable
El espacio
Flujo uniforme Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo (velocidad profundidad entre otros) son constantes a lo largo de la conduccioacuten
6
Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
7
Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
8
1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
9
Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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MARCO TEORICO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE AGUAS RESIDUALES
1 Propiedades fiacutesicas del agua transportada (residual pluvial o mezcla) Incluye la masa especiacutefica el peso especiacutefico la densidad la viscosidad y la compresibilidad
2 Pendiente del terreno yo del tubo de conduccioacuten un flujo que presenta pendiente constante a lo largo de la conduccioacuten presentaraacute flujo uniforme (velocidad uniforme)
3 Aacuterea de la seccioacuten transversal del tubo de conduccioacuten y condiciones de flujo (libre a presioacuten lleno parcialmente lleno permanente) El aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente importante en la determinacioacuten del caudal que circula por la tuberiacutea y determina la capacidad total de la tuberiacutea y el aacuterea transversal mojada
4 Tipo de flujo El flujo del agua en una conduccioacuten puede clasificarse seguacuten
El tipo de movimiento
Flujo libre el movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente llenos de forma que existe una superficie libre que estaacute en contacto con la atmosfera el movimiento se realiza gracias a la fuerza de gravedad
Flujo a presioacuten se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce una presioacuten ejemplos tuberiacuteas de distribucioacuten de agua potable
El espacio
Flujo uniforme Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo (velocidad profundidad entre otros) son constantes a lo largo de la conduccioacuten
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Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
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Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
11
DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
12
CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
15
CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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Flujo variado Se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo variacutean a lo largo de la conduccioacuten (Como compuertas desaguumles sumideros entre otros) y en conducciones a presioacuten
El tiempo
Flujo permanente sucedes cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos del flujo son constantes en el tiempo
Flujo inestable o no permanente sucede cuando la velocidad del flujo variacutea con el tiempo
El tiempo y el espacio
Flujo permanente uniforme permanecen constantes en el tiempo y en el espacio
Flujo no permanente uniforme Sucede cuando la velocidad permanece contante en el espacio pero no en el tiempo
Flujo variado permanente Sucede cuando la velocidad de flujo variacutea en el espacio pero no en el tiempo Este tipo de flujo puede subdividirse en gradualmente variado o raacutepidamente variado dependiendo si los cambios de velocidad son lentos o suacutebditos
Flujo variado no permanente Se presenta cuando la velocidad variacutea en el espacio y en el tiempo
Flujo especialmente variado Se presenta cuando el caudal variacutea a lo largo de la conduccioacuten pero permanece constante en el tiempo
El reacutegimen de flujo
Flujo con reacutegimen laminar La velocidad es baja debido a su viscosidad
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Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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Se presenta cuando el gradiente de velocidad es muy bajo de forma que la fuerza viscosa es grande y las partiacuteculas del fluido se desplazan pero no tienden a rotar
Flujo con reacutegimen turbulento se presenta si las fuerzas viscosas son deacutebiles con relacioacuten a las fuerzas inerciales Ejemplo riacuteos
Flujo con reacutegimen transicional Ocurre cuando el paso de reacutegimen laminar a turbulento ocurre de manera gradual
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE INTERIOR DE LA CONDUCCIOacuteN
Estaacute determinada por las caracteriacutesticas de las paredes internas del conducto es funcioacuten del material del conducto del acabado de la construccioacuten y su tiempo de uso Esta propiedad no presenta valores significativos pero siacute es importante en los caacutelculos hidraacuteulicos de tuberiacuteas
Para el disentildeo y evaluacioacuten de alcantarillados el caacutelculo de la rugosidad se realiza tiacutepicamente con el coeficiente o ldquoNuacutemero de Manning ndash nrdquo (nuacutemero adimensional) este coeficiente es especiacutefico para cada tipo de material de tuberiacutea
PRINCIPIOS DE CONSERVACIOacuteN EN LOS QUE SE FUNDAMENTA EL FLUJO EN TUBERIacuteAS
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
14
GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
15
CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
16
INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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1 ldquoConservacioacuten de la masa o principio de continuidad El principio de conservacioacuten de masa o de continuidad define que ldquoLa diferencia entre la cantidad de masa que ingresa a un volumen de control y la que se sale del mismo es igual al cambio en el almacenamiento dentro del propio volumenrdquo
2 Conservacioacuten de la energiacutea El principio de conservacioacuten de la energiacutea define que ldquoLa energiacutea total que contiene un fluido en movimiento es la suma de las energiacuteas correspondientes a la posicioacuten o elevacioacuten del flujo con respecto a un nivel de referencia (energiacutea potencial) la presioacuten estaacutetica (energiacutea de presioacuten) y la presioacuten dinaacutemica (energiacutea cineacutetica)rdquo
3 Conservacioacuten de la cantidad de movimiento La ecuacioacuten de conservacioacuten de cantidad de movimiento se deriva de la segunda ley de Newton del movimiento la cual establece que ldquoEl producto de la masa de un cuerpo por la aceleracioacuten es igual a la resultante de todas las fuerzas que actuacutean sobre eacutel incluyendo su propio pesordquordquo
Fuente de internet Introduccioacuten a la mecaacutenica de fluidos (2004) del sitio web httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
CANALES ABIERTOS Y SUS PROPIEDADES
Un canal abierto es un conducto por el cual el agua fluye con una superficie libre
Canales NaturalIncluye todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra variacutean desde pequentildeos arroyuelos en zonas montantildeosas hasta arroyos riacuteos estuarios de mareas y aguas subterraacuteneas
Canales artificiales
9
Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
10
Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
11
DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
12
CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
13
FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
15
CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
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Son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano Es un canal largo con pendiente suave (hasta 15) construido sobre el suelo que puede ser revestido o no
Propiedades De canales
Seguacuten su revestimiento se los puede clasificar como
Sin revestimiento son maacutes baratos pero pueden presentar peacuterdidas por infiltracioacuten para evitar esto uacuteltimo se los puede compactar o darles una precarga
Con revestimiento tienen una menor rugosidad y secciones maacutes chicas Pueden ser revestidos de hormigoacuten mamposteriacutea de ladrillo mamposteriacutea de piedra bola de laja con membranas asfaacutelticas (flexible) con membranas plaacutesticas (flexible) o con suelo arcilloso
Seguacuten su destino
1 Canales de centrales hidroeleacutectricas2 Canal de riego pasan por el punto maacutes alto para distribuir el agua de riego3 Canal de drenaje van por los lugares maacutes bajos4 Canal de navegacioacuten velocidad y profundidad acordes a las embarcaciones
que lo navegan 5 Canales de desaguumles pluviales aumentan el caudal a lo largo del recorrido6 Vertederos7 Cunetas a lo largo de carreteras8 Canaletas de madera9 Etc
Seguacuten la geometriacutea del canal
Un canal construido con una seccioacuten transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismaacutetico De otra manera el canal es no prismaacutetico por ejemplo un vertedero de ancho variable y alineamiento curvo
Seguacuten su forma
Trapecial
10
Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
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httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
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Forma maacutes comuacuten para canales con bancas en tierra sin recubrimiento debido a que proveen las pendientes necesarias para la estabilidad
RectangularSe utiliza para canales construidos con materiales estables como mamposteriacutea roca metal o madera
TriangularSe utiliza para pequentildeas acequias cunetas a lo largo de carreteras y trabajo de laboratorio Produce auto limpieza y es de faacutecil aforo
Circular
El maximo caudal se presenta para un tirante igual al 94 del diametro Se calcula a seccion llena Es la seccion mas comun para alcantarillas de tamantildeo pequentildeo y mediano
ParaboacutelicoSe utiliza como una aproximacioacuten de canales naturales de tamantildeos pequentildeos y medianos
TolvaEs una seccioacuten triangular con fondo redondeado Es una forma creada con la utilizacioacuten de excavadoras y produce auto limpieza
Rectangular de esquinas redondeadas
11
DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
15
CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
16
INTOGRAFIA
httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
httpwwwacademiaedu75307591_informe_de_laboratorio_Numero_de_Reynolds
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2__principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
httpdatatecaunadeducocontenidos358003Residuales_Contenido_en_linealeccin_2_principios_de_mecnica_de_fluidos_e_hidrulicahtml
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DISTRIBUCION DE VELOCIDADES EN UNA SECCION TRANSVERSAL
Las relaciones existentes entre las velocidades media y superficial de una corriente natural anteriormente definidas vienen dadas por la expresioacuten
V = n Vs
Siendo
V= La velocidad media de la seccioacuten mojada transversal del cauce de esta conduccioacuten libre artificial
Vs= la velocidad superficial
Vf= la proacutexima al fondo del canal
Tomando (n) los valores siguientes en funcioacuten de la velocidad superficial
Cuyos valores intermedios pueden interpolarse faacutecilmente (lineal o paraboacutelicamente) y siendo V = (13) bull (2bullVs + Vf) que constituye una expresioacuten alternativa a la anteriormente
R Woltmann opinaba que la ley de distribucioacuten de las velocidades puede ser representada por una paraacutebola de eje vertical cuyo veacutertice corresponde a la zona de velocidad nula en el supuesto de que el agua tenga suficiente profundidad como para alcanzarla
J A Eytelwein por razones de sencillez adoptoacute esta recta y propuso la siguiente foacutermula (expresada en el sistema meacutetrico) V = (1 ndash 0rsquo0127 bull h) Vs que ofrece valores sensiblemente superiores a los de la formulacioacuten de Dubuat
Respecto a la distribucioacuten de velocidades en la vertical se observa que en la mayoriacutea de las verticales la velocidad maacutexima se da en la superficie (correspondiente a la medida A situada entre 15 y 25 cm por debajo de la superficie) La velocidad de fondo (uacuteltima medida entre 20 y 25 cm del fondo)
Cualquiera que sea el calado y la velocidad de la conduccioacuten libre es siempre superior al 55 de la velocidad superficial siendo frecuentes cantidades del 70 y del 75
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
Fuente de internet flujos a presioacuten (2010) del sitio web httpartemisaunicaucaeduco~hdulicafpresionpdf
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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INTOGRAFIA
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CONSIDERACIONES GENERALES DEL FLUJO DE AGUA A PRESIOacuteN
Flujo unidimensional La complejidad del tratamiento tridimensional se puede evitar mediante el uso de valores medios de las variables caracteriacutesticas del flujo y el anaacutelisis es equivalente a estudiar el flujo sobre la liacutenea de corriente ideal que coincide con el eje del conducto Por ejemplo en la ecuacioacuten de la energiacutea las cabezas de presioacuten y de posicioacuten se miden al centro del tubo
Distribucioacuten uniforme de velocidad Se utiliza una distribucioacuten uniforme de velocidad de magnitud igual a la velocidad media el error que se comete al considerar el valor medio de la velocidad y no la distribucioacuten irregular de la velocidad se corrige con los coeficientes de Coriolis si se usa la ecuacioacuten de la energiacutea o de Boussinesq si se usa la ecuacioacuten de cantidad de movimiento
Flujo permanente En flujo a presioacuten Se considera generalmente que el flujo es permanente e independiente del tiempo es decir las caracteriacutesticas hidraacuteulicas (presioacuten velocidad etc) en cualquier seccioacuten no cambian con el tiempo
Reacutegimen de flujo turbulento En la mayoriacutea de los problemas de hidraacuteulica el flujo es turbulento y es comuacuten considerar los coeficientes de velocidad iguales a la unidad ( = 10)
Nuacutemero de Reynolds El paraacutemetro adimensional que caracteriza el flujo a presioacuten es el nuacutemero de Reynolds el cual permite evaluar la preponderancia de las fuerzas viscosas sobre las de inercia
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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FUNCIONAMIENTO HIDRAacuteULICO DE LAS TUBERIacuteAS A PRESIOacuteN
Se debe determinar la posicioacuten de las tuberiacuteas con relacioacuten a las liacuteneas de energiacutea En el caso general del flujo de liacutequidos en tuberiacuteas pueden ser considerados dos planos de carga
Plano de carga absoluto en el que se considera la presioacuten atmosfeacuterica del lugar (liacutenea estaacutetica absoluta) Plano de carga efectiva (liacutenea estaacutetica efectiva o liacutenea estaacutetica) referente a un plano arbitrario sin considerar la presioacuten atmosfeacuterica del lugar
En correspondencia son consideradas la liacutenea de carga absoluta o liacutenea de alturas totales absoluta y la liacutenea de carga efectiva o liacutenea de alturas totales efectivas Esta uacuteltima se confunde con la liacutenea piezomeacutetrica por la razoacuten de que usualmente la cabeza de velocidad es muy baja en las tuberiacuteas
ldquoPosiciones de la liacutenea piezomeacutetrica relativas a las tuberiacuteas
1ordf posicioacuten Tuberiacutea situada bajo la liacutenea de carga en toda su extensioacuten2ordf posicioacuten La tuberiacutea coincide con la liacutenea piezomeacutetrica efectiva3ordf posicioacuten La tuberiacutea pasa por encima de la liacutenea piezomeacutetrica efectiva pero por debajo de la piezomeacutetrica absoluta y del plano de carga efectiva o liacutenea estaacutetica4ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero queda por debajo del plano de carga efectiva5ordf posicioacuten La tuberiacutea corta la liacutenea piezomeacutetrica y el plano de carga efectiva pero queda debajo de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta6ordf posicioacuten Tuberiacutea por encima del plano de carga efectiva y de la liacutenea piezomeacutetrica absoluta pero por debajo del plano de carga absoluta7ordf posicioacuten La tuberiacutea corta el plano de carga absolutardquo
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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GLOSARIO
Tirante(Y)Es la distancia vertical desde el punto maacutes bajo de una seccioacuten del canal hasta la superficie libre
Profundidad de flujo de la seccioacuten (d)Profundidad de flujo medida perpendicular altura de la seccioacuten del canal que contiene agua
NivelElevacioacuten o distancia vertical desde un nivel de referencia hasta la superficie libre
Ancho superficial (B) Ancho de la seccioacuten del canal en la superficie libre
Aacuterea mojada (A)Aacuterea de la seccioacuten transversal del flujo perpendicular a la direccioacuten del mismo
Periacutemetro mojado (P)Longitud de la liacutenea de interseccioacuten de la superficie de canal mojada y de un plano transversal perpendicular a la direccioacuten del flujo
Radio hidraacuteulico (R)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el periacutemetro mojado (AP)
Profundidad hidraacuteulica (D)Relacioacuten entre el aacuterea mojada y el ancho superficial (AB)
Factor de seccioacuten para flujo critico (z) A (D) a la 05
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
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CONCLUSIONES
En conclusioacuten hemos podido reforzar los conocimientos adquiridos de hidraacuteulica y canales abiertos
Se dio a conocer la importancia del valor del (n) manning
Es importante utilizar aparatos de precisioacuten para poder realizar caacutelculos lo maacutes cercano posible a la realidad
Saber distinguir con claridad la diferencia entre un flujo y otro
Es importante tener claro que el aacuterea de seccioacuten transversal es especialmente significativa en la determinacioacuten del caudal ya que circula en la tuberiacutea y determina su capacidad total
El flujo uniforme se presenta cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos son constantes a lo largo de la conduccioacuten y el flujo variado cuando los paraacutemetros hidraacuteulicos variacutean
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![Flujo Turbulento en Conductos Cerrados y Abiertos-final[1]](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/563dba1d550346aa9aa2d72a/flujo-turbulento-en-conductos-cerrados-y-abiertos-final1.jpg)
