REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

POLITCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA

UNEFA

Prof(a). Integrantes:

Dilmary Everest D. Montero P. #.C.I 20486277

Eduar Morales #.C.I 19862127Tinaquillo; 31/01/2013Seccin B

Principalmente sabemos que un fluido es una sustancia que puede escurrir o desplazarse cambiando de forma debido a la accin de las fuerzas pequea. Por esta razn el trmino fluido involucra tanto fluido como gases. En cual al sistema como tal que trata de transportar o desplazar ese fluido generalmente es agua, se le considera canales abierto de distribucin.Los sistemas de conduccin de agua pueden trabajar tanto a presin como sin presin. Al elemento que conduce un flujo sin presin alguna se le conoce como canal. El canal es por excelencia la estructura mas utilizada para transportar aguas que ya han tenido un uso; mas conocidas como aguas servidas o residuales. Por lo que se vuelve importante para el Ingeniero que quiera disear este tipo de infraestructura tener claros los conceptos principales alrededor de toda la teora que circunda la Hidrulica de Canales Abiertos.

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.

FLUJO EN CANALES ABIERTOS1. INTRODUCCINEl 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 porque el flujo es tridimensional. Sin embargo en muchos casos se pueden hacer simplificaciones bidimensionales, y para ciertos casos especiales, como en la presente prctica, se puede realizar un estudio unidimensional.2. TEMAS DE CONSULTA Clasificacin de los flujos de superficie libre.( Flujo uniforme.( Energa en flujo de canal abierto; flujo sub-crtico, flujo( sper-critico. Condicin de estrangulamiento (Venturi y platina de orificio).( Medicin de flujo(en vertedero con cresta ancha. Medicin de flujo en vertedero rectangular y con muesca en V.( Salto hidrulico y disipacin de energa.( Numero de Froude y saltos hidrulicos en canales rectangulares( horizontales.3. IMPLEMENTOS Vertederos de cresta anchay de cresta aguda (triangular y( rectangular). Medidor de paletas y manmetro mltiple.( Rotmetro.( Platina de orificio y tubo Venturi.(4. MARCO TERICOEl 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.En tuberas la seccin transversal del flujo, es fija debida a que est completamente definida por la geometra del conducto. La seccin transversal de

Una tubera por lo general es circular, en tanto que la de un canal abierto puede ser de cualquier forma desde circular hasta las formas irregulares en ros. Adems, la rugosidad en un canal abierto varia con la posicin de una superficie libre. Por consiguiente la seleccin de los coeficientes de friccin implica una mayor incertidumbre para el caso de canales abiertos que para del de tuberas, en general, el tratamiento del flujo en canales abiertos es ms difcil de analizar que el correspondiente a flujo en tuberas. El flujo en un conducto cerrado no es necesariamente flujo en tuberas si tiene una superficie libre, puede clasificarse como flujo en canal abierto.

Canales abiertos y sus propiedades

Un canal abierto es un conducto en el cual el agua, fluye con una superficie libre. De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.Los canales NATURALES influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varan en tamao desde pequeos arroyuelos en zonas montaosas hasta quebradas, arroyos, ros pequeos y grandes. Las corrientes subterrneas que transportan agua con una superficie libre tambin son consideradas como canales abiertos naturales.

Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de navegacin, canales de centrales hidroelctricas, canales y canaletas de irrigacin, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras etc..., as como canales de modelos de laboratorio con propsitos experimentales. Las propiedades hidrulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseadas para cumplir unos requisitos determinados.

La aplicacin de las teoras hidrulicas a canales artificiales producirn, por tanto, resultados bastantes similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son razonablemente exactos para propsitos prcticos de diseo.

Decimos entonces: En ingeniera se denomina canal a una construccin destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberas, es abierta a la 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, una de las especialidades de la ingeniera civil.

|Los elementos geomtricos son propiedades de una seccin del canal que puede ser definida enteramente por la geometra de la seccin y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes para los clculos del escurrimiento.

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (h) es la distancia vertical del punto ms bajo de la seccin del canal a la superficie libre. Ancho superior: el ancho superior (T) es el ancho de la seccin del canal en la superficie libre.

rea mojada: el rea mojada (A) es el rea de la seccin transversal del flujo normal a la direccin del flujo. Permetro mojado: el permetro mojado (P) es la longitud de la lnea de la interseccin de la superficie mojada del canal con la seccin transversal normal a la direccin del flujo.Radio hidrulico: el hidrulico" radio hidrulico (R) es la relacin entre el rea mojada y el permetro mojado, se expresa como: R = A / P Profundidad hidrulica: la profundidad hidrulica (D) es la relacin del rea mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T Factor de la seccin: el factor de la seccin (Z), para clculos de escurrimiento o flujo crtico es el producto del rea mojada con la raz cuadrada de la profundidad hidrulica, se expresa como: Z = A. SQRT (D)El factor de la seccin, para clculos de escurrimiento uniforme es el producto del rea mojada con la potencia 2/3 del radio hidrulico, se expresa como: A. R^(2/3)Caractersticas geomtricas e hidrulicas de un canalLas caractersticas geomtricas son la forma de la seccin transversal, sus dimensiones y la pendiente longitudinal del fondo del canal.

Las caractersticas hidrulicas son la profundidad del agua (h, en m), el permetro mojado (P, en m), el rea mojada (A, en m 2) y el radio hidrulico (R, en m), toda funcin de la forma del canal. Tambin son relevantes la rugosidad de las paredes del canal, que es funcin del material en que ha sido construido, del uso que se le ha dado y del mantenimiento, y la pendiente de la lnea de agua, que puede o no ser paralela a la pendiente del fondo del canal.

El radio hidrulico se define como:

donde y son el rea y el permetro mojado.

(a) Canal natural de seccin irregular (ri);(b) Canal de seccin trapezoidal;

(c) Galera de servicio;

(d) Tubera racialmente llena que funciona como conducto abierto porque tiene una superficie libre;

(e) A (l) Otras formas de seccin transversal

El numero de Reynolds 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. Por ejemplo, la diferencia de altura entre dos embalses har que el agua fluya a travs de un canal que los conecta. El parmetro que representa este efecto gravitacional es el Nmero de Froude, puede expresarse de forma adimensional. Este es til en los clculos del resalto hidrulico, en el diseo de estructuras hidrulicas y en el diseo de barcos.

L - parmetro de longitud [m] v - parmetro de velocidad [m/s] g - aceleracin de la gravedad [m/s]

El flujo se clasifica como:

Fr1, Flujo supercrtico o rpido, tiene una velocidad relativamente alta y poca profundidad prevalece la energa cintica. Propios de cauces de gran pendiente o ros de montaa

En el ao 1889, el ingeniero irlands Robert Manning, present por primera vez la ecuacin durante la lectura de un artculo en una reunin del Institute of Civil Engineers de Irlanda. La ecuacin en principio fue dada en una forma complicada y luego simplificada a:

Donde V es la velocidad media, C el factor de resistencia al flujo, R el radio hidrulico y S la pendiente. Esta fue modificada posteriormente por otros y expresada en unidades mtricas como:

(Siendo n el coeficiente de rugosidad Manning). Ms tarde, fue convertida otra vez en unidades inglesas, resultando en:La ecuacin de Manning es el resultado del proceso de un ajuste de curvas, y por tanto es completamente emprica en su naturaleza. Debido a su simplicidad de forma y a los resultados satisfactorios que arroja para aplicaciones prcticas, la frmula Manning se ha hecho la ms usada de todas las frmulas de flujo uniforme para clculos de escurrimiento en canal abierto.

Para algunos, es una expresin del denominado coeficiente de Chzy utilizado en la frmula de Chzy,

En hidrulica se sabe que la energa total d el agua en metros-kilogramos por kilogramos de cualquier lnea de corriente que pasa a travs de una seccin de canal puede expresarse 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.

Por ejemplo, con respecto al plano de referencia, la altura H de una seccin 0 que contiene el punto A 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 1 localizada aguas arriba debe de ser igual a la altura de energa total en la seccin 2 localizada aguas abajo ms la prdida de energa hf entre las dos secciones, ver figura.

Esta ecuacin es apli cable a flujos paralelos o gradualmente variados. Para un canal de pendiente pequea, esta se convierte en

3) Un canal esta excavado en un material con rugosidad de 0.014; profundidad del agua de 40cm, pendiente del 4/1000.

3.1 Los parmetros geomtricos y el caudal que puede transportar el canal.

3.2 El comportamiento hidrulico del conducto.

Por lo tanto es un fluido SUBCRITICO 4) El canal de la figura esta revestido en hormign y construido con una pendiente del 3/1000. Determine el caudal si la profundidad del agua es de 11,5m

5) La cuneta triangular que se muestra en la figura esta revestida en concreto, tiene una pendiente longitudinal del 4/100 y se ha diseado para transportar un caudal de 80 l/s

5.1 Determine los elementos geomtricos bsicos

5.2 Determine el tipo de fluido del canal

por lo tanto es un fluido subcritico

5.3 Si el borde libre es de 0,15m, cual es el volumen del excavacin para 1000m de canal

Area(

Para nosotros como estudiantes de ingeniera, es de gran importancia que se nos brinden estos espacios de investigacin en el cual tenemos la oportunidad de expandir nuestros conocimientos y corregir ciertas ideas errneas que tombamos como verdades absolutas.

Los canales abiertos son de gran utilidad y uso hoy da en el mundo ingeniera, ya que brindan respuestas a muchos problemas que se presentan a nivel social.

Estos canales, como su nombre lo indica estn expuestos a la atmsfera y tiene como finalidad transportar un fluido, que el mayor de los casos es agua ya sea para canalizarla o para utilizarla como medio de transporte en la navegacin.

Por ultimo podemos decir que desde la historia de la humanidad sus creadores de estos canales fue en la poca del imperialismo romano ya eran utilizados estos para el sistema de riego, pero con el transcurrir del tiempo se han adoptado nuevas tcnicas y estrategias que han hecho que su uso se de forma ms eficiente, brindando mayor estabilidad y durabilidad en la obra misma.Los canales compuestos (abiertos) aparecen naturalmente en zonas con baja pendiente, pero tambin se sabe que en tales situaciones aparecen canales serpenteados o mendricos con amplias llanuras de inundacin y en tal caso un modelo como el aqu expuesto no tiene en cuenta los flujos de inundaciones con una adecuada precisin.

Pensar en canales compuestos como los presentes en nuestros experimentos sera como trabajar en canales naturales rectificados, y un ejemplo de ello es el tramo del ro Medelln que atraviesa precisamente la ciudad

(f)

(e)

(d)

(c)

(b)

(a)

EMBED Equation.3

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(g)

(h)

(i)

(j)

(k)

(l)

10 m

y

Y= 0.04 m

x

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H

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