Ensayos del cemento asfaltico

Área de Mecánica de Fluidos.

FLUJO EN CANALES

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Área de Mecánica de Fluidos

Escuela Politécnica Superior Guillermo Schulz Curso de Complementos de Ingeniero Geólogo

HIDRÁULICA

FLUJO EN CANALES
1. INTRODUCCIÓN AL FLUJO EN CANALES. 2. FLUJO SIN ROZAMIENTO EN CANALES. 3. ENERGÍA ESPECÍFICA. 4. FLUJO POR DEBAJO DE OBSTÁCULOS. 5. RESALTO HIDRÁULICO. 6. FLUJO CON ROZAMIENTO ENCANALES. 7. PROBLEMAS.

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1. INTRODUCCIÓN AL FLUJO EN CANALES.
1.1. CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO EN CANALES. • Tiene lugar cuando la superficie libre del líquido es el contorno superior. La superficie libre se mantiene a una presión constante, generalmente la atmosférica. • La sección del flujo, en general, no es fija y puede variar. • Es máscomplejo que el flujo en tuberías. • Al ser la presión constante, el flujo tiene lugar bajo la acción del peso del fluido. • Se encuentra en ríos, canales, etc. y en tuberías que no van llenas. • Mientras que en la mayoría de las tuberías la sección es circular, en los canales y ríos puede ser muy variada y compleja; por tanto, escoger un coeficiente de rozamiento es más difícil. 1.2. TIPOS DE FLUJO ENCANALES. Se puede clasificar el flujo en canales de varias formas, las principales son: Uniforme: la velocidad del fluido no cambia ni en magnitud ni en dirección y la superficie del líquido es paralela al fondo del canal. Solo ocurre cuando la sección del canal es constante. No uniforme: la superficie del líquido no es paralela al fondo (también se llama variado). El cambio de profundidad puedeser brusco o suave y entonces tenemos dos subdivisiones: -Flujo variado rápido -Flujo variado gradual Permanente: la velocidad (profundidad) no varía con el tiempo. No permanente: la velocidad (profundidad) varía con el tiempo. Laminar Turbulento: en el número de Reynolds se toma como longitud característica la profundidad hidráulica media. En estas condiciones el Reynolds crítico esaproximadamente 600. Las fuerzas gravitatorias son muy importantes en flujos con superficie libre. Puesto que la presión en la superficie es constante, (generalmente atmosférica) las fuerzas gravitatorias son las únicas fuerzas que causan el flujo en régimen permanente. La relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas gravitatorias puede expresarse de forma adimensional mediante un grupo adimensionalllamado número de Froude:

F=
donde: v: velocidad (media)del fluido y: profundidad del flujo

v gy

Subcrítico o tranquilo: si el número de Froude es menor que 1 En este caso la velocidad del líquido es pequeña y una perturbación puede propagarse aguas arriba. Si F = 1 el flujo se denomina crítico. Supercrítico o rápido: si el número de Froude es mayor que 1. En este caso una perturbación nopuede propagarse aguas arriba. El flujo más simple de tratar es el permanente uniforme, pues el flujo no cambia ni con la distancia ni con el tiempo) Los canales suelen tener una pendiente muy pequeña (1/1000) En la práctica el flujo variado se halla con más frecuencia. El flujo laminar raramente ocurre en casos de interés práctico: la sección tiene que ser muy pequeña, la velocidad muy pequeña ola viscosidad extremadamente alta.

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1.3. VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE ONDAS GRAVITATORIAS DE PEQUEÑA AMPLITUD. Considérese una perturbación en forma de una pequeña elevación de la superficie del líquido. Se va a calcular la velocidad de propagación de la misma, suponiendo despreciables los efectos del rozamiento. Se aplica la ecuación decontinuidad al volumen de control de la figura:

(c − dv)( y + dy) b − c y b = 0
Despreciando términos de segundo orden: Aplicando la ecuación de Bernoulli:

c dy = y dv

(c − dv) 2 p Atm c2 p Atm + ( y + dy) + = +y+ ρg ρg 2g 2g

c dv (dv) dy − + =0 g 2g

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g dy − c dv = 0
Entre ambas ecuaciones, se llega a la expresión:

c= gy
Esta velocidad es adicional a la velocidad del...