Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

6 o s e m e s t r e

H i d r u l i c a d ec a n a l e s I I

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

Laboratorio de Hidrulica Ing. David Hernndez Hueramo

Manual de Prcticas de Laboratorio Hidrulica de Canales II 6to Semestre

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3. FLUJO ESPACIALMENTE VARIADO

Objetivos

Observar el comportamiento del flujo espacialmente variado, aprender situaciones donde se presenta y cual es su importancia.

Aplicacin Determinar la longitud de un vertedero lateral para que derive un caudal determinado es un

problema que se encuentra frecuentemente en el diseo de presas, alcantarillados y de

canales en general, por lo que generalmente conocido el gasto que se desea desalojar, se

puede calcular la longitud del vertedor lateral, definiendo de antemano sus caractersticas,

como son: tipo de vertedor (pared delgada o pared gruesa; tipo de perfil, altura del vertedor a

la llegada del agua en exceso; coeficiente de descarga, ste ltimo se deber ajustar

conforme a las variaciones de diseo, etc.)

El canal para controlar caudales, es otra seccin dentro del canal de conduccin para agua

residual, que se disea para el control del caudal que ingresa a la planta y tiene como

objetivo desalojar el volumen que no puede ser tratado porque provocara sobrecargas

hidrulicas en los sistemas de tratamiento. Dicho gasto generalmente se produce durante la

temporada de lluvias. El caudal que se debe desalojar es la diferencia que existe entre el

mximo extraordinario y el de diseo del canal, para eliminarlo y evitar su ingreso a los

sistemas subsecuentes de la planta se construyen vertedores laterales en uno o en ambos

lados del canal de control.

Definiciones, frmulas y unidades a utilizar Flujo espacialmente variado.- Es aquel donde el caudal vara a lo largo de la conduccin

pero permanece constante en el tiempo, es decir es el resultado del aumento o reduccin

del gasto en la direccin de flujo, debido a la entrada o salida de un gasto de aportaciones

o derivaciones, respectivamente.

0

LQ

3.1

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El agua agregada o disminuida causara disturbio en el contenido de la energa o del

momentum del flujo. Como un resultado, el comportamiento hidrulico de un flujo variado

espacialmente es ms complicado que el de un flujo a descarga constante. Ms aun, el

comportamiento hidrulico del flujo variado espacialmente con descarga creciente es

diferente en ciertos aspectos del flujo similar con descarga decreciente

As, los dos tipos de flujo espacialmente son:

Flujo con descarga creciente.- En este tipo de flujo espacialmente variado, una porcin

apreciable de la prdida de energa es debida a la mezcla turbulenta del agua agregada y

del agua fluyendo en el canal. Desde un punto de vista prctico las altas prdidas de

energa parecen hacer a los canales diseados para tales flujos variados espacialmente,

hidrulicamente ineficientes, pero las circunstancias fsicas a veces hacen deseable el

uso de tales estructuras

Flujo con descarga decreciente.- Fundamentalmente, este tipo de flujo se puede tratar como

una derivacin del flujo, en donde el agua desviada no afecta la altura de energa. La

teora del flujo espacialmente variado con descarga decreciente fue empleada en el

diseo de vertedores laterales o diques con vertedero lateral. Este tipo de estructura es

usualmente un largo corte instalado a lo largo del costado de un canal con el propsito de

derivar o verter el exceso del flujo (figuras 3.1 y 3.3) o descarga a travs de una rejilla en

el piso del conducto (Figura 3.2)

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FIGURA 3.1

Q 1 Q 2

Q 3

y 1

w 1

E 1 y 2

w 2

E 2 y

w

p

L

y 1

w 1

y 2

w 2

E 2 y

w

p

PLA N TA - Vertedor la te ra l en canal rectangular

PER FIL Energa especfica constante

PER FIL Energa especfica variab le En la figura 3.1 se tiene:

Q1 = Gasto de entrada (m3/s)

Q2 = Gasto de salida (m3/s)

Q3 = QV = Gasto del vertedero (m3/s)

E = Energa especfica (y + w) (m) y = Profundidad del agua (m)

W = carga de velocidad (V2/2g) (m)

P = altura de pantalla (m)

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FIGURA 3.2

E y2 y

L

CANAL CON UNA REJA DE FONDODesague Parcial

y1

x

Q 2 Q 1

E

Lg

CANAL CON UNA REJA DE FONDODesague completo

Q

Q

Lnea de energa

Lnea de energa

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FIGURA 3.3

b)

y1 >yc y2

c)

y1 yc

d)

y1

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Las ecuaciones fundamentales de la Mecnica de los fluidos presentan algunas

dificultades en el desarrollo analtico, debido a que se trata de un Flujo Espacialmente

Variado, por lo cual debe apelarse a la experimentacin para obtener frmulas

semiempricas confiables. Algunas de estas frmulas, sin embargo, difieren en su forma y

en sus resultados por las restricciones que se imponen en los clculos a la aplicacin de

las ecuaciones de Energa y de Cambio en Cantidad de Movimiento.

En este aspecto existen dos criterios diferentes; uno considera que la energa especfica

en el canal a lo largo del vertedero es aproximadamente constante mientras que el otro

descarta la hiptesis de Energa Especfica constante y utiliza la ecuacin de Cambio en

Cantidad de Movimiento para determinar la variacin de la Energa Especfica. Este ltimo

criterio es tericamente ms ajustado a la realidad que el primero, pero su aplicacin

prctica resulta dispendiosa. En algunos casos particulares, como cuando se trabaja en

canales prismticos de poca pendiente con rgimen tranquilo, los dos criterios producen

resultados similares y por esta razn se prefiere utilizar el criterio de la Energa Especfica

constante como una aproximacin razonable bajo ciertas condiciones. En la figura 3.1 se

observa la diferencia en la representacin esquemtica de los dos criterios.

Procedimiento (primera etapa) 1. En el Modelo de la Presa de Guadalupe Victoria, hacer circular un gasto constante. 2. Esperar a que el tirante de agua llegue hasta el nivel mximo de la cortina. 3. Variar el gasto; primeramente aumentndolo, esto para simular la llegada de una

avenida. 4. Observar el comportamiento del flujo que se va desalojando a travs del vertedor lateral. 5. Disminuir el gasto y observar el descenso del nivel de agua.

Procedimiento (segunda etapa) 1. En el canal de flujo lento hacer circular un gasto constante (para esto esperar por un

lapso aproximado de 3 minutos para que se estabilice el flujo). 2. Observar el desalojo del agua por el vertedor triangular que se encuentra al final del

canal. 3. Una vez desalojada el agua, y ya encaminada hacia la obra de retorno, observar el

efecto que causan las rejillas al pasar el flujo a travs de ellas

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Actividades

1. Explica cual es la importancia del flujo espacialmente variado. 2. Cual es la diferencia entre el flujo gradualmente variado y flujo espacialmente variado?. 3. Como se puede clasificar el flujo variado (menciona los tres tipos). 4. Investigar en que otras situaciones se presenta el flujo espacialmente variado. 5. Dibujar de manera simplificada que pasa en la presa cuando llega la avenida. 6. Investigar otros tipos de obras de excedencia. 7. Investigar a que se debe el desage parcial y total en alcantarillas.

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