FLUJO A TRAVES DE CANALES ABIERTOS

FLUJO A TRAVES DE CANALES ABIERTOSUniversidad Santo Tomas- Tubera y CanalesJuan Manuel Cuevas Suarez- Ana Mara Quiroga- Juan Sebastin Rodrguez

Contents1.INTRODUCCIN22.OBJETIVO23.MARCO TEORICO3Tipos de Canales.4Tipos de flujo en un canal4Flujo permanente:4Flujo transitorio o No permanente:4Ecuacion de Chezy54.EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS75.RESUMEN DE LA PRCTICA96.CALCULOS97.CONCLUSIONES118.BIBLIOGRAFIA11

1. INTRODUCCIN

Durante la prctica queremos ver como el flujo en canales abiertos es quiz el fenmeno ms comn producido en la superficie de la tierra. Se puede dar de manera natural, como las olas de los ocanos o las corrientes de los ros, o de manera artificial, como los flujos en alcantarillas y canales. Sin importar cul sea el caso, en todas las situaciones el flujo se caracteriza por tener una interfaz entre el aire y la capa superior de fluido, la cual se denomina superficie libre. En esta superficie la presin es generalmente la atmosfrica. En la prctica, el fluido ms comnmente transportado en canales abiertos es el agua, aunque los principios tericos desarrollados para este caso son aplicables a otros fluidos. Una dificultad que se encuentra en el estudio de este fenmeno se presenta debido a que como sabemos el flujo es tridimensional.

2. OBJETIVO

Como objetivo fundamental, pretendemos identificar claramente la importancia del estudio de los canales debido a que los encontramos tanto creados como por el hombre como por la naturaleza misma; sus ventajas y su importancia en la industria, para esto es indispensable familiarizarse con el manejo de los mismos.Mediante el anlisis visual y experimental pretendemos generar un conocimiento y manejo de la ecuacin de Chezy en canales abiertos. As como tambin es de gran importancia para nosotros desarrollar el manejo del coeficiente de friccin de Manning en canal trabajado en el laboratorio. Con lo que pretendemos llegar a la realizacin de los clculos y encontrar el porcentaje de error para n.

3. MARCO TEORICO

El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubera. Estas dos clases de flujos son similares o diferentes en muchos aspectos, pero estos se diferencian en un aspecto importante.El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en tubera no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente el conducto.Las condiciones de flujo en canales abiertos se complican por el hecho de que la composicin de la superficie libre puede cambiar con el tiempo y con el espacio, y tambin por el hecho de que la profundidad de flujo el caudal y las pendientes del fondo del canal y la superficie libre son interdependientes.Se denomina canal a una construccin destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberas, es abierta ala atmsfera. Tambin se utilizan como vas artificiales de navegacin. La descripcin del comportamiento hidrulico de los canales es una parte fundamental de la hidrulica y su diseo pertenece al campo de la ingeniera hidrulica.

Tipos de Canales.

Canales naturales: Se denomina canal natural a las depresiones naturales en la corteza terrestre algunos tienen poca profundidad y otros son ms profundos, segn se encuentren en la montaa o en la planicie. Canales de riego: stos son vas construidas para conducir el agua hacia las zonas que requieren complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno. Canales de navegacin: Un canal de navegacin es una va de agua hecha por el hombre que normalmente conecta lagos, ros u ocanos.

Tipos de flujo en un canal

Flujo permanente: Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio. Las caractersticas del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h), son independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x la abscisa de una seccin genrica, se tiene que:

Flujo transitorio o No permanente:Un flujo transitorio presenta cambios en sus caractersticas a lo largo del tiempopara el cual se analiza el comportamiento del canal. Las caractersticas del flujoson funcin del tiempo; en este caso se tiene que:

Las situaciones de transitoriedad se pueden dar tanto en el flujo subcrtico como en el supercrtico.

Ecuacin de Chezy

La ecuacin de Chezy representa el primer intento afortunado de expresar la perdida de carga debida al roce en los conductos en trminos algebraicos. La frmula se calcul originalmente para canales abiertos. Darcy modific ms tarde su forma para aplicarla a tuberas.

Tal como lo propuso Chezy en 1775, la frmula es:

En que:

Chezy supuso que el coeficiente C era una constante, pero luego comprob que era una variable dependiente de la rugosidad del tubo, de la velocidad y del radio medio hidrulico (rea mojada dividida por el permetro mojado). Por tanto la frmula de Chezy no expresa con precisin la ley de la friccin de los fluidos.

En una frmula ideal el coeficiente variara solamente con la rugosidad del conducto; pero con los datos, numerosos y contradictorios de que hoy se dispone, es imposible obtener dicha frmula. Lo mejor que puede hacerse es escoger una frmula que reduzca las variaciones del coeficiente dentro del menor rango posible, y que en cuanto sea posible, haga que estas variaciones dependan de la rugosidad del conducto y sean independientes del radio hidrulico, la pendiente y la velocidad. Se han elaborado muchas frmulas que, en ese aspecto, son modificaciones favorables de la formula de Chezy.

La ms conocida de esas frmulas, y cuyo uso es bastante extenso, es la de Manning, presentada al instituto de Ingenieros Civiles de Irlanda en 1890.

Su forma matemtica en sistema mtrico es:

En que:

4. EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS

Canal Hidrulico

Motobomba y tanque volumtrico aforado como facilidad provista en el banco hidrulico[endnoteRef:1] [1: TQ H1D Volumetric Bench. Imagen tomada de www.tecquipment.com]

Inclino metro- Pesa

Cronmetro.

Piezmetro de aguja.

.

5. RESUMEN DE LA PRCTICA

Comenzamos por preparar el canal a usar con una pendiente adecuada por medio del inclinometro, procedemos disponiendo un caudal adecuado para la seccin del canal y se hallamos el caudal mediante el mtodo gravimtrico. Medimos el ancho de la seccin del canal y la profundidad del agua mediante el piezmetro de aguja, piezmetro que utilizamos previamente en la realizacin de la prctica correspondiente a vertederos, colocamos el vertedero triangular y se mide la altura de la lmina de agua sobre el vertedero.

6. CALCULOS

Tenemos los datos recopilados en el laboratorio

Tomamos 3 tiempos y promediamos para tener una mayor exactitud

Y los datos del vertedero sonAncho del vertedero Altura de la lmina de agua Altura hasta el vertedero Y tambin tenemos los datos para hallar la pendiente del canalLongitud Altura Primero hallamos el caudal que pasa por el canal

Y como conocemos el rea del canal podemos hallar la velocidad

Para luego hallar el coeficiente n en la frmula de Manning, pero tambin necesitamos el radio hidrulico y la pendiente del canal

Y en la ecuacin de Manning

Despejamos el coeficiente de rugosidad de Manning

Y tambin podemos hallar el coeficiente C de la frmula de chezy

Despejamos el coeficiente C

7. CONCLUSIONES

El estudio de canales abiertos es muy importante para un ingeniero ya que puede brindar soluciones sociales a un problemaDel coeficiente de Manning podemos concluir que depender especficamente del material de la superficie del canal y en nuestro caso es un canal de pared rugosa puesto que nos da cerca de 0.040 pero este dato puede tener variacin ya que el canal tiene algunas fugas Una recomendacin para que un canal de seccin rectangular es que la altura de la lmina de agua sea la mitad de la base La importancia de la frmula de Manning en nuestro desarrollo como ingenieros y en la vida practica es muy buena ya que es sencilla y fcil de utilizar

8. BIBLIOGRAFIA http://moodle20131.usta.edu.co/mod/resource/view.php?id=93263 Lomax W. R., Saul A.J. Laboratory Work in Hydraulics. Bolton Institute of Technology. Great Britain 1979 STREETER, Vctor L. Mecnica de Fluidos. Mxico. Mc Graw-Hill. 1995 MOTT ROBERT, Mecnica de fluidos aplicada.Ed. Prentice Hall