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Páginas: 7 (1540 palabras) Publicado: 20 de marzo de 2013
VIII.1

UNIVERSIDAD DEL CAUCA
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

PRÁCTICA VIII.
VIII

ESTUDIO DE LA ENERGÍA ESPECÍFICA EN CANALES
RECTANGULARES

VIII.1 OBJETIVOS
Calcular la profundidad crítica Yc y la energía específica mínima.
Determinar la velocidad y la energía específica.
Graficar la curva de energía específica.
Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.
VIII.2GENERALIDADES
Para cualquier sección de un canal, se llama energía específica a la energía por unidad de
peso del líquido en movimiento con relación a la solera, como se observa en Figura VIII.1.
No es posible predecir el carácter del cambio de la energía específica entre las secciones 1 y
2. Es claro que la energía total debe disminuir, pero la energía específica puede aumentar o
disminuirdependiendo de otros factores como la resistencia al flujo, la forma de la sección
transversal, etc.

Figura VIII.1 Energía específica en un canal a flujo libre.
Definiendo la energía específica como la distancia vertical entre el fondo del canal y la
línea de energía se tiene:
E

E
Y

Y

V2
2g

: energía específica.
: profundidad de la lámina del líquido.

(VIII.1)

UNIVERSIDAD DELCAUCA
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

V
g

V

VIII.2

: velocidad media del flujo.
: aceleración de la gravedad.

Q
A

(VIII.2)

En función del caudal se tiene:

E

Y

A

Q2
2 gA2

(VIII.3)

:área de la sección hidráulica.

Para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad de ancho, q = Q/b, la
ecuación (VIII.3) se transforma así:

E
q
b

Yq2
2 gY 2

(VIII.4)

: caudal por unidad de ancho.
: ancho de la solera del canal.

Para caudal constante y canal rectangular, la energía específica es función únicamente de la
profundidad de flujo y su variación se muestra en la siguiente figura:

Figura VIII.2. Diagrama de energía específica.
Según la figura anterior se presenta un valor mínimo de la energía específica para unaúnica
profundidad, llamada profundidad crítica Yc. Para valores de energía específica mayores
que la mínima, el flujo se puede realizar con dos profundidades diferentes Y1 Yc ó Y2 Yc.
Teniendo en cuenta que para caudal constante la velocidad varía inversamente con la
profundidad, las velocidades correspondientes a profundidades menores que Yc son mayores
que las correspondientes a profundidadesmayores que Yc.
VIII.3 CLASIFICACIÓN DEL FLUJO
De acuerdo a lo anterior se tienen los siguientes tipos de flujo:

VIII.3

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DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA

Flujo lento o subcrítico :
Y Yc
Flujo crítico
Y = Yc
Flujo rápido o supercrítico: Y Yc
Yc
Sc
Vc

gYh

Yh = A/B
A
B
FR

FR

V Vc
V = Vc
V Vc

FR 1.
FR = 1.
FR 1.

S < Sc.
S = Sc.
S > Sc.

:profundidad crítica.
: pendiente crítica.
: velocidad crítica, velocidad de propagación de una onda pequeña sobre la
superficie de profundidad Yh.
: profundidad hidráulica.
: área de mojada.
: ancho de la superficie libre.
: número de Froude, relación entre la velocidad del flujo y la velocidad
crítica Vc, (VIII.5).

V
gYh

(VIII.5)

Para canal rectangular B = b, Yh = Y.
En losflujos subcríticos y supercríticos las velocidades son menores y mayores que la Vc
respectivamente, por lo tanto en el flujo subcrítico aparecerán pequeñas ondas superficiales
avanzando corriente arriba, mientras que en el flujo supercrítico dichas ondas serán barridas
corriente abajo, formando un ángulo ; este tipo de ondas se denominan ondas diamantes.
De la figura Figura VIII.2 también se puedeobservar el comportamiento de la energía
específica es diferente si el flujo es supercrítico o subcrítico:
Si el flujo es subcrítico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energía específica
aumentará y viceversa.
Si el flujo es supercrítico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energía específica
disminuirá.
Es decir, en un canal se puede ganar o perder energía específica dependiendo...
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