MECÁNICA DE LOS FLUIDOS Canales Abiertos (10%)

Douglas Bravo C.I.: 17.943.257

1. Responder los siguientes planteamientos (1,0 pto. cada una)

a) ¿Qué es un canal abierto?

Es un conducto por el cual circula un flujo, que tiene una superficie libre expuesta a la atmósfera. Esta superficie es esencialmente una interfase entre dos fluidos de diferente densidad. En el caso de la atmósfera, la densidad del aire es mucho menor que la densidad del agua. El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en ríos, arroyos, etc. De forma artificial, creadas por el hombre, tiene lugar en los canales, tuberías, y canales de desagüe en la mayoría de los casos. Los canales tienen secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales. También tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a conducto lleno, y su diseño se realiza como si fuera un canal abierto.

b) ¿Cómo se clasifican los canales según su origen y de dos (2) ejemplos de cada uno?

De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial:

Canales Naturales: es donde influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varían en tamaño. Por ejemplo: pequeños arroyuelos en zonas montañosas, quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales.Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes en las observaciones y experiencias

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA ANTONIO JOSE DE SUCRE Ext. Barquisimeto

reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica.

Canales Artificiales: son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano. Por ejemplo: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas, canales y canaletas de irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras etc..., así como canales de modelos de laboratorio con propósitos experimentales las propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseñadas para cumplir unos requisitos determinados.La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirán, por tanto, resultados bastantes similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseños.

c) ¿Para qué valores del número de Reynold se considera un flujo laminar y un flujo turbulento en un canal?

Los flujos viscosos se pueden clasificar en laminares y turbulentos, tendiendo en cuanta la estructura interna de flujo. En un flujo laminar, la estructura del flujo se caracteriza por el movimiento en láminas o capas. En régimen turbulento la estructura del flujo se caracteriza por movimientos tridimensionales aleatorios de las partículas de fluido, superpuesto al movimiento promedio.

Un parámetro muy importante en los flujos reales es el número de Reynolds, que se define como el cociente entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas, y se suele expresar como:

La importancia de este parámetro radica principalmente en el hecho de permitir definir si el flujo es laminar o turbulento. Esto ya que muchos estudios empíricos han permitido estimar, en función del número de Reynolds, el tipo de flujo que se tiene.

Se sabe que para números de Reynolds pequeños Re < 1500 en un canal abierto se tendrán flujos laminares en cambio si se tienen números de Reynolds grandes Re ≥ 1500 se tendrán flujos turbulentos.

d) ¿Qué es el Radio hidráulico de un canal?

El radio hidráulico, es el cociente entre el área de la sección mojada y el perímetro mojado. El perímetro mojado es el contorno de la sección que está en contacto con el agua. También se puede decir que es un parámetro muy importante en el dimensionado de canales, tubos y otros componentes de las obras hidráulicas, generalmente es representado por la letra R, y expresado en m es la relación entre:

El área mojada (A, en m²). El perímetro mojado (P, en m).

Es decir: R = AP

e) ¿Cuál es la ecuación basada en el número de Manning que se utiliza para calcular el flujo (Q) uniforme en un canal? Describa el significado de cada término

Q: flujo de un canal (caudal).R: radio hidráulico(R=A/P).S: pendiente de la línea de energía.n: coeficiente de rugosidad, específicamente conocido como n de Manning.

Esta ecuación fue desarrollada a partir de siete ecuaciones diferentes, basada en los datos experimentales de Bazin y además verificada mediante 170 observaciones. Debido a la simplicidad de su forma y los resultados satisfactorios que arroja en aplicaciones prácticas, la ecuación de Manning se ha convertido en la más utilizada de todas las ecuaciones de flujo uniforme para cálculos en canales abiertos.

2.- Calcular el calado (profundidad) normal y el calado (profundidad) crítico del canal de la figura sabiendo que n=0,014, que la pendiente es del 1 por mil, que el caudal vale 20,95 m3/s y que la base mide 3 m.

Determina de igual manera la pérdida de carga en 2000 metros de canal.

4

3

3 m

( 5 ptos)

Q