FLUJO PERMANENTE.pptx

Presentación sobre flujo permanente

1. FLUJO PERMANENTE Laboratorio de hidráulica Docente: ing. Ramiro pillco zola Integrantes: Univ. Yarari Macuri Cinthya Univ. Vargas paredes Cristhian rodrigo

2. Flujo permanente: A diferencia con Flujo no Permanente, donde las ondas de traslación varían rápidamente, en el Flujo permanente nos enfocaremos en el flujo constante y uniforme, además de las estructuras de control y de los canales de sección constante, esto para resumir las expresiones de flujo.

3. 1. Flujo rápidamente variado: El flujo que atraviesa una estructura de control, pertenece a la categoría de flujos que varían rápidamente. Este flujo rápidamente variado, lo podemos observar en estructuras de control para tomas de agua o vertederos, para diferentes funciones como ser: Medición de descarga Control de descarga Control de nivel de agua o profundidad de flujo

4. 1.1. Análisis de profundidad : Los tirantes ò distancias de profundidades, se los determina, aguas arriba, aguas abajo y cerca de la estructura de control, que en este caso la estructura de control es una Puerta Móvil. Compuerta móvil

5. 1.2. Salto Hidráulico : La compuerta provoca inmediatamente un cambio abrupto de un flujo subcrítico a un flujo supercrítico, y va acompañado por un aumento súbito del tirante y una perdida de energía.

6. El flujo que varia gradualmente es provocado por las estructuras de control, ya que esta desvía fuertemente del estado uniforme y cuya profundidad varia de manera gradual a lo largo de la longitud del canal. El desarrollo de la teoría de flujo gradualmente gira alrededor de la siguiente suposición básica: La perdida de altura en una sección es la misma que para un flujo uniforme que tiene la velocidad y el radio hidráulico de la sección. 2. Flujo que varia gradualmente

7. 2.1. Ecuación dinámica de flujo gradualmente variado Sea el flujo en un canal de sección transversal definida, como se muestra en la Figura. Se pretende analizar la variación del perfil hidráulico, es decir, el cambio de la profundidad del flujo, a lo largo del eje x coincidente con el fondo del canal.

8. 2.2. Perfiles de flujo El perfil de flujo representa la curva de la superficie del flujo. Representara una curva de remanso ( es positivo) , si la profundidad de flujo de incrementa en la dirección de flujo y una curva caída ( es negativo) si la profundidad disminuye con la dirección del flujo.   ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3

9. Tipos de perfiles de flujo

10. Clasificación de los perfiles de flujo

11. 3. Flujo Uniforme El flujo uniforme ha sido objeto de numerosas investigaciones, esto por la necesidad de diseñar y construir sistemas de conducción de agua para el riego o abastecimiento urbano. Estas investigaciones se refieren al flujo de superficie libre y también al flujo que se presentan en tuberías cerradas. El principal motivo de las investigaciones fue, determinar la descarga, estando el flujo en contacto con superficies que presentan una fuerza de rozamiento. El flujo Uniforme, se subdivide en dos enfoques, que son: Relaciones de equilibrio Relaciones de resistencia

12. 3.1. Relaciones de Equilibrio Se presenta un flujo uniforme y constante, la fuerza que ejerce el flujo esta en equilibrio Igualando las ecuaciones y despejando la velocidad, obtenemos:

13. 3.2. Relaciones de Resistencia En flujos turbulentos, la velocidad presenta una variación logarítmica. Integrando la siguiente ecuación, cuyos limites son z = zo a z = d Obtenemos la siguiente ecuación para calcular la velocidad promedio, respecto a la profundidad Donde u* esta dada por la siguiente expresión: Combinando con la ecuación: Obtenemos:

14. 3.2. Relaciones de Resistencia También se aplica a flujo en tuberías, donde ro, es el radio interno de la tubería: Finalmente reemplazamos k = y zo = k/30, y cambiando el logaritmo natural por el logaritmo en base diez.

15. Chézy El ingeniero Frances Chézy, planteo que la resistencia al flujo turbulento uniforme es proporcional al cuadrado de la velocidad y el perímetro mojado “P”, mientras que la fuerza motriz es proporcional al producto del área del la sección transversal. Esta proporcionalidad esta dada por un coeficiente de proporcionalidad. Esta es la ecuación de Chézy, donde “c” es el coeficiente de Chézy, conde C y cf esta relacionados mediante la siguiente ecuación.

16. Manning El ingeniero Irlandés Manning, analizo datos sobre el flujo uniforme en canales abiertos y tuberías, concluyendo que los datos se representan de mejor manera, mediante la siguiente ecuación. La conexión entre Manning y Chézy, se la presenta en la siguiente ecuación: Para los valores del coeficiente de rugosidad, se puede recurrir a valores propuestos en tablas, como ser:

17. Manning

18. Strickler El científico Suizo Strikler , re analizo los datos sobre el fljo uniforme en canales abiertos y tuberías, con lo que llego a la misma conclusión y ecuación de Manning. Con K dado como: Donde Dm es el diámetro medio de los sedimentos.

19. 4. Problemas Explique por qué el flujo no estacionario a través, sobre o debajo de una estructura de control puede tratarse como cuasi-estacionario (en condiciones normales de operación). Solución. Al ponerse en contacto un flujo No Estacionario con una estructura de control, pierde energía, y lo convierte en un flujo cuasi-estacionario.

20. 4. Problemas 2. La descarga en un canal de riego se mide con un vertedero Thomson de 90◦. El nivel del agua aguas arriba está 0,5 m por encima del punto más bajo de la cresta del vertedero. Calcule la descarga para flujo libre. Solución. El valor de m, se lo determino de manera experimental, donde se obtuvo que para cada vertedero triangular, se tenia un valor de m = 8/15    

21. 4. Problemas 3. Un vertedero Cipoletti tiene un ancho de cresta (B) de 1 m. El nivel del agua aguas arriba en situación de flujo libre está 0,4 m por encima del nivel de cresta. Calcular la descarga. Solución.

22. El valor de m, se lo determino de manera experimental, donde se obtuvo que para vertedero Cipoletti , se tenia un valor de m = 1,09    

23. Datos: B = 1m h = 0,4 m