energia especifica en canal trapezoidal

7/26/2019 energia especifica en canal trapezoidal

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AO DE LA CONSOLIDACIN DELMAR DE GRAU

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA MECNICA

Alumno:SULLCARAY CARBAJAL, Danny

Ingeniero del curso:HUATUCO O!"AL#S, $ario

Curso:$#CA!ICA D# %LUIDOS II

&I S#$#STR#

Huancayo'(er)*+-

#!SAYO D# #!#RIA #S(#CI%ICA #!U! CA!AL D# #O$#TRIA

TRA(#"OIDAL


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. OBJ#TI&OS:

Denotar el comportamiento del diagrama de Energa Especifica cuando se

tiene diferentes caudales para una misma seccin trapezoidal.

*. $ARCO T#/RICO:

2.1. FLUJO EN CANALES ABIERTOS

El flujo de canales abiertos tiene lugar

cuando los lquidos fluyen por la accin de

la gravedad y solo estn parcialmente

envueltos por un contorno slido.

En el flujo de canales abiertos, el lquido

que fluye tiene superficie libre y sobre l no

acta otra presin que la debida a su propio

peso y a la presin atmosfrica.

El flujo en canales abiertos tambin tiene lugar en la naturaleza,

como en ros, arroyos, etc., si bien en general, con secciones rectas

del cauce irregulares. De forma artificial, creadas por el !ombre, tiene

lugar en los canales, acequias, y canales de desag"e.

E n la mayora de los casos. #os canales tienen secciones rectas

regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales.

$ambin tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de

conductos cerrados, como tuberas de seccin recta circular cuando

el flujo no es a conducto lleno.

En los sistemas de alcantarillado no tiene lugar, por lo general, el

flujo a conducto lleno, y su dise%o se realiza como canal abierto.


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NUMERO DE FROUDE

El nmero de &eynolds y los trminos laminar y turbulentos no

bastan para caracterizar todas las clases de flujo en los canales

abiertos.

El mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es la

fuerza de gravitacin. 'or ejemplo, la diferencia de altura entre dos

embalses !ar que el agua fluya a travs de un canal que los

conecta.

El parmetro que representa este efecto gravitacional es el (mero

de )roude, puede e*presarse de forma a dimensional.

Este es til en los clculos del resalto !idrulico, en el dise%o deestructuras !idrulicas y en el dise%o de barcos.

El flujo se clasifica como+

)r-, )lujo subcrtico o tranquilo, tiene una velocidad relativa

baja y la profundidad es relativamente grande, prevalece la

energa potencial. orresponde a un rgimen de llanura.

)r/-, )lujo critico, es un estado terico en corrientes naturales

y representa el punto de transicin entre los regmenes

subcrtico y supercrtico.

)r0-, )lujo supercrtico o rpido, tiene una velocidad

relativamente alta y poca profundidad prevalece la energa

cintica. 'ropios de cauces de gran pendiente o ros de

monta%a.

GEOMETRIA DEL CANAL


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1n canal con una seccin transversal invariable y una pendiente de

fondo constante se conoce como canal prismtico. De otra manera,

el canal es no prismtico2 un ejemplo es un vertedero de anc!o

variable y alineamiento curvo. 3l menos que se indique

especficamente los canales descritos son prismticos.

El trapecio es la forma ms comn para canales con bancas en tierra

sin recubrimiento, debido a que proveen las pendientes necesarias

para la estabilidad.

El rectngulo y el tringulo son casos especiales del trapecio. Debido

a que el rectngulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza

para canales construidos para materiales estables, como

mampostera, roca, metal o madera. #a seccin transversal solo seutiliza para peque%as asqueas, cunetas o a lo largo de carreteras y

trabajos de laboratorio. El crculo es la seccin ms comn para

alcantarillados y alcantarillas de tama%o peque%o y mediano.

Seccione Rec!"n#$%"&e

riterio para mejor seccin transversal !idrulica 4para canal rectangular+

C"n"%e T&"'e(oi)"%e

'ara canales trapezoidales se toman los mismos criterios para la seccin

!idrulica ms eficiente+

omo conclusin se puede decir que la mejor seccin transversal

!idrulica para un canal abierto es la que tiene el m*imo radio


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!idrulico o, proporcionalmente, la que tiene menor permetro mojado

para una seccin transversal especifica.

2.2. ENERGIA EN CANALES ABIERTOS*

En !idrulica se sabe que la energa total del agua en metros5

6ilogramos por 6ilogramos de cualquier lnea de corriente que pasa a

travs de una seccin de canal puede e*presarse como la altura total

en pies de agua, que es igual a la suma de la elevacin por encima

del nivel de referencia, la altura de presin y la altura de velocidad.

Energa de un flujo gradualmente variado en canales abiertos.


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'or ejemplo, con respecto al plano de referencia, la altura 7 de una

seccin 8 que contiene el punto 3 en una lnea de corriente del fluido

de un canal de pendiente alta, puede escribirse como+

De acuerdo con el principio de conservacin de energa, la altura de

energa total en la seccin - localizada aguas arriba debe de ser

igual a la altura de energa total en la seccin 9 localizada aguas

abajo ms la prdida de energa !f entre las dos secciones, ver

figura.

Esta ecuacin es aplicable a flujos paralelos o gradualmente

variados. 'ara un canal de pendiente peque%a, esta se convierte en

2.2.1. ENERGIA ESPECIFICA*

#a energa especfica en una seccin de canal se define como la

energa de agua en cualquier seccin de un canal medida con

respecto al fondo de este.

:, para un canal de pendiente peque%a y /-, la ecuacin se

convierte en+

#a cual indica que la energa especfica es igual a la suma de la

profundidad del agua ms la altura de velocidad. 'ara propsitos

de simplicidad, el siguiente anlisis se basar en un canal de

pendiente peque%a.


7/16

omo ;/


8/16

Curva de energa especifica

#a curva muestra que, para una energa especfica determinada,e*isten dos posibles profundidades, la profundidad baja y - y la

profundidad alta y9.

#a profundidad baja es al profundidad alterna de la profundidad

alta, y viceversa. En el punto , la energa especfica es mnima.

'or consiguiente, en el estado crtico es claro que las dos

profundidades alternas se convierten en una, la cual es conocida

como profundidad crtica yc.

uando la profundidad de flujo es mayor que la profundidad

crtica, la velocidad de flujo es menor que la velocidad crtica

para un caudal determinado y, por consiguiente, el flujo es

subcrtico.


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uando la profundidad de flujo es menor que la profundidad

crtica, el flujo es subcrtico. 'or tanto, y-es la profundidad de un

flujo supercrtico y por lo tanto y9es la profundidad de un flujo

supercrtico.

0. I!STRU$#!TOS Y1#2UI(OS

El E*cel es una !erramienta til para este tipo de ejercicios ya que nos

ayudara a trazar el grafico q buscamos.

#a calculadora cientfica es indispensable para entrar a tallar los datos de

como varia la energa especifica en un canal trapezoidal para diferentes

caudales.

3. (ROC#DI$I#!TOS

Graficar la geometra del canal que en este caso es trapezoidal.

#a frmula de la energa especifica llevarlo en funcin del tirante.

$abular el tirante.

&ecolectar datos.

1tilizando el E*cel graficar como varia la energa especifica en

funcin del tirante.

Hacar conclusiones de los grficos.

&ecomendar sobre este tipo de canal trapezoidal.

4. #J#RCICIO D# (RACTICA

He tiene un canal de seccin trapezoidal cuyo anc!o de solera es 8. m y el

talud es -+- graficar la curva de energa especifica indicando el vrtice de la

!iprbola 4tirante y energa mnimaF.

audal / @8 lt=s

audal / I8 lt=s

audal / 8 lt=s

E=Y+Q2

2 g( 10.9y+y2

)


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-. CUADRO D# DATOS R#CO(ILADOS

. PARA UN CAUDAL DE +, LT-S

2. PARA UN CAUDAL DE , LT-S

E y

2.00000242

2

1.80000345

1.8

1.6000051

1.6

1.40000787

1.4

1.20001

284

1.2

1.00002259

1

0.80004409

0.8

0.60010068

0.6

0.40030159

0.4

0.35042605

0.35

0.30062924

0.3

0.25098661

0.25

0.20168491

0.2

0.18215789

0.18

0.16283511

0.16

0.14384679

0.14

E y

0.12544325

0.12

0.10815494

0.1

0.09326749

0.08

0.08457967

0.06

0.097682660.04

0.09980798

0.039

0.10218715

0.038

0.1048482

0.037

0.10782312

0.036

0.11114856

0.035

0.114866

64

0.034

0.11902602

0.033

0.12368308

0.032

0.1289035

0.031

E y

0.132247310.12

0.11834862

0.1

0.10985186

0.08

0.11530425

0.06

0.16978599

0.04

0.17581796

0.039

0.182421

09

0.038

0.18965846

0.037

0.19760203

0.036

0.20633425

0.035

0.21594994

0.034

0.22655854

0.033

0.23828693

0.032

0.25128288

0.031

E y

2.00000545

2

1.80000777

1.8

1.60001147

1.6

1.4000177

1.4

1.20002889

1.2

1.00005083

1

0.8000992

0.8

0.60022653

0.6

0.400678570.4

0.35095862

0.35

0.30141579

0.3

0.25221987

0.25

0.20379104

0.2

0.18485524

0.18

0.166378

99

0.16

0.14865527

0.14


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0. PARA UN CAUDAL /, LT-S

5. RA%ICO

GRAFICO DE

ENERGIA ESPECIFICA DE

+, LT-S

E y

2.000012272

1.80001748

1.8

1.6000258

1.6

1.40003982

1.4

1.20006501

1.2

1.00011436

1

0.800223

21

0.8

0.60050968

0.6

0.40152679

0.4

0.3521569

0.35

0.30318552

0.3

0.25499471

0.25

0.20852984

0.2

0.19092430.18

0.17435272

0.16

0.15947436

0.14

E y

0.14755644

0.12

0.1412844

0.1

0.14716668

0.08

0.18443457

0.06

0.33201847

0.04

0.3468404

0.039

0.36294746

0.038

0.38048153

0.037

0.39960456

0.036

0.42050206

0.035

0.44338736

0.034

0.46850671

0.033

0.4961456

0.032

0.52663648

0.031


12/16

GRAFICO DE ENERGIA ESPECIFICA DE , LT-S

0 0.5 1 1.5 20

0.5

1

1.5

2

2.5

ENERGIA ESPECIICA DE CAUDAL 60 L!"S

GRAFICO DE ENERGIA ESPECIFICA DE /, LT-S


13/16

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

ENERGIA ESPECIICA DE CAUDAL 9

6. CUADRO D# DATOS (ROC#SADOS

Caudal de 3+ l71s Caudal de -+ l71s Caudal de 8+ l71s


14/16

7iran7e 0.06 0.08 0.10

Caudal de 3+ l71s Caudal de -+ l71s Caudal de 8+ l71s#!#RIA#S(#CI%ICA$I!I$A

0.0845797 0.1098519 0.1412844

8. RA%ICA D# LAS #!#RIAS DIS(O!IBL#S U!IDAS

0 0.5 1 1.5 2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

ENERGIA ESPECIICA

!IRAN!E #$#


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+. CO!CLUSIO!#S

'odemos concluir del diagrama de energa especfica para los

diferentes caudales se puede observar, como los tirantes crticos

aumentan a medida que el caudal crece2 as mismo ocurre con la

energa mnima.

De esto nos refleja que en un canal con caudales grandes tiene ms

energa, lo cual se !ace ms tedioso el manejo de este y su dise%o,

por lo cual se crean disipadores de energa.

'odemos tambin concluir que el paso de un rgimen critico a uno

subcritico y viceversa, se requiere menos esfuerzo en un canal con

un caudal peque%o que uno grande.


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. R#CO$#!DACIO!#S

'odemos recomendar que al momento de la tabulacin se use al

menos I cifras significativas ya que es muy peque%o el caudal.

He recomienda saber que uno de los canales ms eficientes para

conducir agua son las de geomtrica trapezoidales.

He recomienda trazar en graficadoras para darse mejor visin de las!iprbolas y sacar el tirante JKL y la energa mnima. En ese punto

ser m*imo el caudal y tambin la velocidad ser m*ima, ser un

caudal eficiente.

*. BIBLIORA%9A

;E( $E 7:M,'! D,L7ND&31#N3 DE 3(3#EH 3?NE&$:HL,'rofesor of

7ydraulic Engineering university of Nllinois,Editoria OcG&3M57N##,Hanta)e

de ?ogota,-@.

Puan David #opez :sorio,L$3##E& DE E(E&GN3

EH'EN)N3L,1niversidad del

energia especifica en canal trapezoidal

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