ENERGIA ESPECIFICA Y MOMENTO DE CANALES
Páginas: 5 (1215 palabras)
Publicado: 3 de noviembre de 2013
I) OBJETIVOS.-
Determinar la relación existente entre la energía específica en un canal rectangular y el tirante; asimismo comprobar mediante cálculos teóricos valores de energía mínima y tirantes críticos.
Obtener curvas que nos mostrarán de manera gráfica las relaciones halladas a través de los datos de laboratorio y mediante fórmulas teóricas.
Conocer de manera práctica lasaplicaciones que tiene la energía específica y la fuerza específica en el campo de la ingeniería civil y en particular en la rama de la ingeniería hidráulica, como por ejemplo su aplicación en los diseños de canales.
Estudiar el fenómeno del cambio de régimen de flujo en un canal rectangular, pasando de régimen supercrítico al régimen subcrítico.
Estudiar a través del experimento el comportamiento deun resalto hidráulico. mediante el uso de un canal rectangular.
II) FUNDAMENTO TEÓRICO.-
2.1) ENERGÍA ESPECÍFICA EN CANALES.-
Fig. 2.1.1 Representación Gráfica de la Energía Específica vs. Tirante
La energía específica en la sección de un canal se define como la energía por kilogramo de agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal.
Siconsideramos a = 1 y aplicamos la ecuación de la continuidad resulta:
Cuando la energía está referida al fondo al fondo de la canalización, toma el nombre de energía específica en canales. Para una caudal constante, en cada sección de una canalización rectangular, obtenemos un tirante y un valor de energía específica, moviéndose el agua de mayor a menor energía con un gradiente, en este casocoincidente con la pendiente de energía.
A continuación algunas definiciones:
Régimen crítico.- Un canal trabaja en régimen crítico cuando posee la energía específica mínima para un caudal dado, también cuando posee el caudal máximo para una energía específica dada.
Caudal o gasto crítico.- Es el máximo gasto para una energía específica determinada.
Tirante crítico.- Es la profundidad que haceque el contenido de la energía específica sea un mínimo para un determinado gasto.
Velocidad crítica.- Es la velocidad media cuando el gasto es el crítico.
Pendiente crítica.- Es la pendiente por la que circula un gasto con régimen uniforme y permanente a la profundidad crítica.
2.2) FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES.-
Fig. 2.2.1 Resalto Hidráulico
En una canalización lascondiciones de borde pueden forzar la existencia de un torrente aguas arriba y un río aguas abajo. La compatibilización de estos regímenes de escurrimiento se efectúa por medio de un resalto hidráulico, el cual lleva asociado una gran pérdida de energía.
La ecuación de la cantidad de movimiento puede ser aplicada tanto a las secciones aguas arriba y abajo del resalto hidráulico. Si se desprecia la fuerzade roce y el peso del fluido en la dirección del escurrimiento, lo que equivale a suponer que la pendiente del canal es pequeña, se llega a que la función momenta debe ser igual en ambas secciones.
El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.
Tiposde resalto hidráulico.-
El Bureau of Reclamation investigó diferentes tipos de resalto hidráulico en canales horizontales, cuya base de clasificación es el número de Froude, a saber:
Fr= 1: Flujo crítico, por lo que no se forma ningún resalto.
Fr= 1 a 7: La superficie de agua presenta la tendencia a la formación de ondulaciones. Resalto hidráulico ondular.
Fr= 1.7 a 2.5: El ondulamientode la superficie en el tramo de mezcla es mayor y aguas abajo las perturbaciones superficiales son menores. Resalto hidráulico débil.
Fr= 4.5 a 9.0: Se trata de un resalto plenamente formado, con mayor estabilidad y el rendimiento es mejor, pudiendo variar entre 45 % a 70 % (13). Resalto hidráulico permanente.
Fr1 > 9: Resalto con gran disipación de energía (hasta 80 %), gran...
Determinar la relación existente entre la energía específica en un canal rectangular y el tirante; asimismo comprobar mediante cálculos teóricos valores de energía mínima y tirantes críticos.
Obtener curvas que nos mostrarán de manera gráfica las relaciones halladas a través de los datos de laboratorio y mediante fórmulas teóricas.
Conocer de manera práctica lasaplicaciones que tiene la energía específica y la fuerza específica en el campo de la ingeniería civil y en particular en la rama de la ingeniería hidráulica, como por ejemplo su aplicación en los diseños de canales.
Estudiar el fenómeno del cambio de régimen de flujo en un canal rectangular, pasando de régimen supercrítico al régimen subcrítico.
Estudiar a través del experimento el comportamiento deun resalto hidráulico. mediante el uso de un canal rectangular.
II) FUNDAMENTO TEÓRICO.-
2.1) ENERGÍA ESPECÍFICA EN CANALES.-
Fig. 2.1.1 Representación Gráfica de la Energía Específica vs. Tirante
La energía específica en la sección de un canal se define como la energía por kilogramo de agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal.
Siconsideramos a = 1 y aplicamos la ecuación de la continuidad resulta:
Cuando la energía está referida al fondo al fondo de la canalización, toma el nombre de energía específica en canales. Para una caudal constante, en cada sección de una canalización rectangular, obtenemos un tirante y un valor de energía específica, moviéndose el agua de mayor a menor energía con un gradiente, en este casocoincidente con la pendiente de energía.
A continuación algunas definiciones:
Régimen crítico.- Un canal trabaja en régimen crítico cuando posee la energía específica mínima para un caudal dado, también cuando posee el caudal máximo para una energía específica dada.
Caudal o gasto crítico.- Es el máximo gasto para una energía específica determinada.
Tirante crítico.- Es la profundidad que haceque el contenido de la energía específica sea un mínimo para un determinado gasto.
Velocidad crítica.- Es la velocidad media cuando el gasto es el crítico.
Pendiente crítica.- Es la pendiente por la que circula un gasto con régimen uniforme y permanente a la profundidad crítica.
2.2) FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES.-
Fig. 2.2.1 Resalto Hidráulico
En una canalización lascondiciones de borde pueden forzar la existencia de un torrente aguas arriba y un río aguas abajo. La compatibilización de estos regímenes de escurrimiento se efectúa por medio de un resalto hidráulico, el cual lleva asociado una gran pérdida de energía.
La ecuación de la cantidad de movimiento puede ser aplicada tanto a las secciones aguas arriba y abajo del resalto hidráulico. Si se desprecia la fuerzade roce y el peso del fluido en la dirección del escurrimiento, lo que equivale a suponer que la pendiente del canal es pequeña, se llega a que la función momenta debe ser igual en ambas secciones.
El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad.
Tiposde resalto hidráulico.-
El Bureau of Reclamation investigó diferentes tipos de resalto hidráulico en canales horizontales, cuya base de clasificación es el número de Froude, a saber:
Fr= 1: Flujo crítico, por lo que no se forma ningún resalto.
Fr= 1 a 7: La superficie de agua presenta la tendencia a la formación de ondulaciones. Resalto hidráulico ondular.
Fr= 1.7 a 2.5: El ondulamientode la superficie en el tramo de mezcla es mayor y aguas abajo las perturbaciones superficiales son menores. Resalto hidráulico débil.
Fr= 4.5 a 9.0: Se trata de un resalto plenamente formado, con mayor estabilidad y el rendimiento es mejor, pudiendo variar entre 45 % a 70 % (13). Resalto hidráulico permanente.
Fr1 > 9: Resalto con gran disipación de energía (hasta 80 %), gran...
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