Upload
javier-achig
View
8
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Canales, propiedades hidráulicas, secciones optimas, ecuación energia especifica, ejercicios.
Citation preview
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 1/31
Hidráulica de canalesIng. Gustavo López C.
Universidad de Santiago de Chile
Facultad de IngenieríaIngeniería Civil en Obras Civiles
Principios b sicos de escurri!iento en contornos abiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 2/31
1.- Clasifcación de losescurrimientos:
Seg"n contorno◦ Cerrado: So!etido a Presión hidr ulica
#$uberías de agua potable%.
◦ Abierto: So!etido a presión at!os&'rica(por lo tanto( &unciona por e&ectos de lagravedad.#Sist. de alcantarillado( canales( etc.%
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 3/31
1.- Clasifcación de losescurrimientos:
Seg"n variación en el espacio◦ Uni orme: Las características o condiciones
hidr ulicas ) geo!'tricas no varían en elespacio.
◦ Variado: Las características hidr ulicas )geo!'tricas varían en el espacio #Ca!biosde dirección( *nsanches( agosta!ientos(
co!puertas( vertederos( etc.%
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 4/31
1.- Clasifcación de losescurrimientos:
Seg"n variación en el tie!po◦ Permanente: Las características hidr ulicas
no varían en el tie!po.
◦ Impermanente: Las característicashidr ulicas varían en el tie!po.#Lluvias( desvío de canales( etc.%
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 5/31
1.- Clasifcación de los escurrimientos:Seg"n in+uencia de la viscosidad
#,u!ero de -e)nolds%◦ !"imen laminar: -e /000◦ !"imen de transición: /000 1 -e 1 2000◦ !"imen turbulento: -e 3 2000
e # U$%&' U4 5elocidad !edia 64 6i !etro
74 5iscosidad cine! tica
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 6/31
1.- Clasifcación de los escurrimientos:Seg"n in+uencia de la gravedad
#,u!ero de Froude%◦ !"imen (ub-critico o de rio: Fr 8◦ !"imen critico: Fr 9 8◦ !"imen s)per critico o de torrente: Fr 3
8
*r # U & +"$, m 1& U4 5elocidad !ediag4 :celeración de gravedad
h ! 4 :ltura !edia
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 7/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ Pendiente del canal +i : Corresponde a
la pendiente longitudinal del &ondo delcanal
i 9 tan#;%
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 8/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ (ección del canal +A : Corresponde a la
sección transversal del canal perpendiculara la dirección ) líneas del +u<o.
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 9/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ Anc,o superfcial +/ : Corresponde al
ancho de la super=cie libre del canal.
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 10/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ Altura media +,m : -elación entre la
sección del canal ) el ancho super=cial.
, m # A&/
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 11/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ Per0metro o2ado +P m : Corresponde a
longitud del contorno !o<ado de lasección.
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 12/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ adio Hidráulico + , : relación entre la
sección ) el perí!etro !o<ado.
, # A & P m
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 13/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas◦ 32e Hidráulico: *s el lugar geo!'trico de
todos los puntos !edios ubicados en lasuper=cie libre de un canal re&erido al&ondo del canal.
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 14/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
.- Propiedades de los canales:Propiedades geo!'tricas
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 15/31
.- Propiedades de los canales:Propiedades hidr ulicas◦ Velocidad: 6ebido a la e>istencia de la
super=cie libre en un canal ) a la &ricción?ue se produce en las paredes de este( ladistribución de velocidades no es uni&or!e.
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 16/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca $eore!a de @ernoulli
◦ Hipótesis:a. *l siste!a no absorbe ni entrega calorb. *l siste!a no absorbe ni entrega traba<o.c. *l r'gi!en es per!anente.
#Condiciones hidr ulicas son constantes en el tie!po%d. *l +uido es inco!presible.
#Li?uido de densidad constante( !asa constante( volu!enconstante%
e. ,o e>isten p'rdidas de energía.#Por &ricción ) por singularidad son despreciables%
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 17/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca $eore!a de @ernoulli
◦ /alance masa:
A 8 9 A / B A 9 D 5 8 D 58 9 / D 5/ B 5 9 E D dt
8 D E8 D dt8 9 / D E/ D dt/
E 8 9 E / B E 9 U D :
U 1 $ A 1 # U . $ A . *c. 6e continuidad
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 18/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca $eore!a de @ernoulli
◦ /alance de ener"0a: * total 9 * potencial * presión * cinetica * internas
9 ! g z P 5 !v / / v4 5elocidad deuna
9 ! g z P ! !v / / # !g% línea decorriente
* total !g 9 z P H v / /g #5el. puntual%
/ # 5 6 P&7 6 8 & " 9 cte. *c. de @ernoulli para
una línea de corriente
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 19/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca $eore!a de @ernoulli
◦ 39tensión de la ec. de /ernoulli a toda lacanali5ación:
Si E 9 U : 9 J8 : K : v d: : M E 9 K : v d:
M U : 9 K : v d: M 8 9 8 # U : % K : vd:
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 20/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca $eore!a de @ernoulli
◦ 39tensión de la ec. de /ernoulli a toda lacanali5ación:
:sí( @ 9 z P H v / /g # 8 9 8 # U : % K : v d: %
@ 9 8 # U : % K : J z P H v / /g v d: 9 cte
9 z P H 8 # U : % K : Jv N /g d: 9 z P H U / /g 8 : K : Jv N U N d:
Q4 Coe&. de corrección de la
e. cin'tica o de Coriolis
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 21/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca $eore!a de @ernoulli
◦ 39tensión de la ec. de /ernoulli a toda lacanali5ación:
:sí(
/ # 5 6 P&7 6 U & " *c. de @ernoulli para toda lacanalización
Con4 Q 9 8 NR Q 9 8.NB en canales con r'gi!en torrencial. Q 9 8.8B en canales regulares. Q 9 /B en canales de tierra poco uni&or!es.
Q 3 /B en canales con singularidades.
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 22/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca
*nergía especi=ca◦
*s la energía por unidad de peso re&erida al &ondo delcanal.
/ # 5 6 P&7 6 U & " *c. de @ernoulli para toda lacanalización
Con pendientes pe?ue as4 z 9 h cos ; 9 hSeg"n hipótesis d%4 P H 9 0Para un canal ideal4 Q 9 8
3 # , 6 U & " 3cuación de la ener"0a especifca
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 23/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca
*nergía especi=ca4 3 # , 6 U . & "
Si h M 0 B * M*>iste un !íni!oT
Si h M B * M
U
U U
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 24/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca
*nergía especi=ca4◦ Altura critica +, c : Corresponde a la altura de
agua para la cual la energíaespeci=ca es !íni!a.
◦ 3ner"0a critica +3 c : *nergía !íni!a ?ue e>isteen un canal.
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 25/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca
*nergía especi=ca4Para encontrar la energía !íni!a( se deriva respecto a lapro&undidad ) se iguala a cero4
;
Se puede de!ostrar ?ue4
;
Condición de escurri!iento critico
02
2
=
+=
g U
hdhd
dhdE
013
2
=−dhdA
g AQ
013
2
=− g A BQ
012
=− g A BU
BdhdA =
g U h E 22+=
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 26/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca
*nergía especi=ca4Condición de escurri!iento critico en canalesrectan"ulares 4Con @ 9 bB : 9 b D h c
; ;
;
:ltura critica para canal rectangular
013
2
=− g A BQ 1
33
2
= g hbbQ
c
132
2
= g hb
Q
c
32
3
1
=bQ
g hc
32
4671.0
=bQ
hc
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 27/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos4.- 3cuación de la ener"0a especifca
*nergía especi=ca4Condición de escurri!iento critico en canalesrectan"ulares 4Por otro lado4
; ;
*ntonces4 ;
; *nergía critica para canalrectangular
012
=−
g A BU
c
c
bhb
B A
g U ccc
==
2
cc h
g U =
2
g U h E cc 22+= 2
cc
hh E +=
ch E 3
2=
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 28/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos<.- 3cuación de la cantidad de
mo8imiento especifco o momenta
Con E4 Caudal.
g4 :celeración de gravedad.V4 Sección de escurri!iento o de velocidad o viva.
WG 4 6ist. al centro de gravedad.:4 Sección de presión o !uerta.
cte AY w g
Q M g
=+=
2
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 29/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos=.- Propa"ación de ondas en canales
>nda:◦ *s la &or!a geo!'trica ?ue tiene unaperturbación.
Celeridad +c :◦ Corresponde a la velocidad de propagación de
onda( con respecto a su !edio. mh g C =
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 30/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos=.- Propa"ación de ondas en canales
-io4 U U c CXU CFU
h 3 h c #re!ontan% #6escienden%
$orrente4 U 3 U c CFU
h h c #6escienden%
7/18/2019 I.- Principios Basicos de Esc. en Contornos Abiertos
http://slidepdf.com/reader/full/i-principios-basicos-de-esc-en-contornos-abiertos 31/31
I.- Principios básicos deescurrimiento en contornosabiertos?.- 32ercicios:• Calcular la altura critica( energía critica( ,Y de Froude ) !o!enta
para un gasto de / ! N s ?ue escurre en los siguientes casos(clasi=cando el tipo de escurri!iento ?ue se produce .
A.- Canal rectan"ular, # @. mb # 1.= m
/.- Canal trapecial
, # @.B mb # 1 mm # @.= m
C.- Canal circular% # m
#@ m