energía especifica


UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
(Universidad del Perú, decana de América)
EAP: ingeniería mecánica de fluidos


Laboratorio de Hidráulica
Tema: Energía especifica en canales
Nombres: Ramos Surichaqui, Edwin Luis
Profesor: Ing. Manuel V, Herquinio Arias
Código: 10130151
Ciclo:VII
Turno: tarde


Lima, Mayo del 2013






1. Introducción
En esta tercera experiencia, de laboratorio de hidráulica, tratamos el tema del estudio de la energía específica en canal rectangular; ya que este tipo de canal es práctico y sencillo de trabajar.Hablar de energía específica es sumamente importante para nosotros como ingenieros mecánicos de fluidos, nos facilita resolver problemas complejos de manera sencilla.
Los materiales usados son similares que se usó en la experiencia anterior, por tal razón he usado los mismos ejemplares.
Con la ayuda del ingeniero, hemos podido concretar la práctica que como siempre se lleva a cabo en el laboratoriode hidráulica de ingeniería mecánica de fluidos de la UNMSM.
2. Objetivo

Calcular la profundidad crítica y la energía especifica mínima.
Determinar la velocidad y la energía especifica.
Graficar la curva de energía especifica.
Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.

3. Principios teóricos

Energía especifica:
El concepto de energía específica, desarrollado en 1912 porBakmeteff, deriva de la ecuación de Bernoulli antes mostrada. Cuando la distribución de presiones en la sección es hidrostática, la carga piezométrica es constante y la carga de presión , siendo “Y” el tirante del flujo en el canal.
De esta forma la carga hidráulica total en la sección referida al fondo del canal (tomando z=0 en el fondo del canal) es lo que se define como energía específica(E)

Despreciando los efectos de no-uniformidad (coef. de Coriolis = 1):
Una expresión de la energía específica en función del caudal (Q) se escribe de la siguiente manera:

Para canales rectangulares de ancho b, definiendo el gasto específico (q) como q = Q/b se obtiene la siguiente expresión de la energía específica:


Curva de Energía especifica:
La ecuación de la energía para uncanal rectangular, de pendiente suave y con distribución uniforme de velocidad, es:
, que se puede rescribir como la siguiente ecuación:
Esta ecuación de tercer grado tiene una raíz negativa y 2 raíces reales positivas que se denominan tirantes alternos.
Al graficar el tirante contra la energía específica resulta una curva con dos asíntotas y un mínimo. En el caso general se observa que para uncaudal y nivel de energía dados existen dos tirantes que tienen la misma energía. En el punto mínimo sucede para un nivel de energía dado existe un único tirante y.
A partir de ese punto singular se distinguen dos ramas dentro de la curva. La rama superior, con asíntota que se aproxima a la recta a 45 grados (E = y), y la rama inferior con asíntota horizontal que se aproxima al eje de la energíaespecífica.









En la rama superior de la curva la componente de velocidad es más pequeña, predominando la componente debida al tirante. Por el contrario en la rama inferior la componente más significativa es la de la velocidad.
El tirante correspondiente al mínimo de la curva se denomina tirante crítico, por lo que la rama superior de la curva es la rama subcrítica (tirantes mayoresque el tirante crítico) y la rama inferior de la curva es la rama supercrítica (tirantes menores que el tirante crítico).




Tirante crítico:
Para encontrar el tirante crítico (mínimo de la curva) basta con derivar la expresión de la energía respecto al tirante:

Para canales rectangulares:
Energía especifica mínima:
Este tema ha sido tratado ampliamente en el curso de hidráulica,...