clase vii canales 4
DESCRIPTION
fdvdfvdTRANSCRIPT
![Page 1: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/1.jpg)
ING. KENNEDY R. GOMEZ [email protected]
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAFACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA
E.A.P DE CIVIL (HUANCAVELICA)
![Page 2: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/2.jpg)
FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADOSe denomina flujo permanente rápidamente variado aquel flujo en el cual las característicashidráulicas no varían con respecto al tiempo en una sección transversal dada (condición de
permanencia:dy
dt= 0), pero varían con el espacio L (condición de variación
dy
dL≠ 0), en
donde L es una longitud relativamente corta.
- Salto hidráulico- Flujo en vertederos- Flujo en canales NO prismaticos- Flujo en canales NO alineados
Ejemplo de FRV
![Page 3: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/3.jpg)
FLUJO RÁPIDAMENTE VARIADO
Preguntas que buscanresponder el análisisdel salto hidráulico:
- Clasificación?- Altura?- Energía perdida?- Longitud?- Perfil?- Ubicación?
Que usos tiene?
- Disipador de energía(vertedores, Potabilizadores,entre otros).
- Mezclador- Aireador- Aforador- Prevención de erosión
![Page 4: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/4.jpg)
![Page 5: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/5.jpg)
PERFIL BARRAJE – PRESA DERIVADORA
![Page 6: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/6.jpg)
COMPUERTAS
![Page 7: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/7.jpg)
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Se denomina así el fenómeno hidráulica de la elevación súbita del tiranteaguas abajo cuando se pasa del flujo supercrítico a subcritico
𝐹𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎𝑠 = 𝜌𝑄 𝛽2 𝑉2 − 𝛽1 𝑉1 ……(1)
Aplicando Cantidad de Movimiento al esquema hidráulico:
En la dirección del movimiento:
𝑝1𝐴1 − 𝑝2𝐴2 − 𝐹𝑓 −𝑊𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝜌𝑄 𝛽2 𝑉2 − 𝛽1 𝑉1 ……(2)
![Page 8: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/8.jpg)
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Donde:
……(4)
Reemplazando en 3:
Por la ecuación de continuidad:
……(6)
𝑝1 = 𝛾 𝑦1𝑝2 = 𝛾 𝑦2
Luego: 𝛾 𝑦1𝐴1 − 𝛾 𝑦2𝐴2 − 𝐹𝑓 −𝑊𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝜌𝑄 𝛽2 𝑉2 − 𝛽1 𝑉1 ……(3)
Si el Angulo es pequeño: 𝑊𝑠𝑖𝑛𝜃 = 0
Si la perdida por fricción es pequeña: 𝐹𝑓 ≈ 0
Si la distribución de velocidades esuniforme en régimen permanente:
𝛽1 ≈ 𝛽2 ≈ 1
𝛾 𝑦1𝐴1 − 𝛾 𝑦2𝐴2 = 𝜌𝑄 𝑉2 − 𝑉1
𝑄 = 𝐴1𝑉1 = 𝐴2𝑉2
Luego en 5:
……(5)
𝛾 𝑦1𝐴1 − 𝛾 𝑦2𝐴2 − 𝜌𝑄𝑄
𝐴1−𝑄
𝐴2
![Page 9: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/9.jpg)
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Reordenando términos:
Se denominan tirantes conjugadosy1 e y2 a aquellos tirantes queoriginan un mismo valor para lamomenta M.
Llamando Momenta o FuerzaEspecifica con unidades de L3: 𝑀1 = 𝑀2
……(7)
En general:
Si Q es una constante, se obtieneMmin para condiciones criticas:
𝑄2
𝑔𝐴1+ 𝑦1𝐴1 =
𝑄2
𝑔𝐴2+ 𝑦2𝐴2
……(8)
𝑀 =𝑄2
𝑔𝐴+ 𝑦𝐴 ……(9)
𝜕𝑀
𝜕𝑦= 0 ⇒ 𝛼
𝑄2
𝑔=𝐴3
𝑇……(10)
![Page 10: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/10.jpg)
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
CLASIFICACIÓN DEL FLUJO:
EL NUMERO DEFROUDE:
Si Fr<1 : FLUJO SUBCRITICOSi Fr=1 : FLUJO CRITICOSi Fr>1 : FLUJO SUPERCRÍTICO
𝐹𝑟 =𝑉
𝑐
![Page 11: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/11.jpg)
SALTO O RESALTO HIDRAULICO
Que es?
Cambio brusco de régimen supercrítico a régimen subcritico, sepresenta si se cumple
𝑦2𝑦1=1
2( 1 + 8𝐹𝑟
2 − 1)
Expresiones validas si el canales horizontal y rectangular
𝑦1𝑦2=1
2( 8𝐹𝑟
2 + 1 − 1)
Régimen subcritico conocido
Régimen supercrítico conocido
![Page 12: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/12.jpg)
TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO
El Prof. Ven te Chow (1973) investigo diferentes tipos de salto hidráulico en canaleshorizontales rectangulares, cuya base de clasificación es el numero de Froude, asaber:
𝐹𝑟1 = 1 Flujo critico No se forma ningún salto
𝐹𝑟1 = 1 𝑎 1.7 Salto Ondular Ondulaciones en la superficie libre que se desarrollan aguasabajo del salto a lo largo de distancias considerables.Perdidas de energía insignificante.
𝐹𝑟1 = 1.7 𝑎 2.5 Salto Débil Perdidas de energía bajas
𝐹𝑟1 = 2.5 𝑎 4.5 Salto Oscilante Perdidas libres ondulantes. Salto oscilante inestable.Producción de ondas largas de periodo irregularCada oscilación irregular produce una ola grande la cualviaja lejos hacia aguas abajo, dañando y erosionando lasorillas.Si es posible se debe evitar este tipo de salto.
𝐹𝑟1 = 4.5 𝑎 9 Salto Estacionario 40% a 75% de disipación de energía. Salto estable.No sensible a las condiciones de aguas abajo (nivel de aguaa la salida).
𝐹𝑟1 > 9 Salto Fuerte Salto brusco. Hasta un 80% de disipación de la energía.Riesgo de erosión en el canalSe debe evitar
![Page 13: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/13.jpg)
TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO
SALTO ONDULAR
SALTO DÉBIL
SALTO OSCILANTE
SALTO ESTACIONARIO
SALTO FUERTE
![Page 14: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/14.jpg)
PERDIDAS DE ENERGÍA
Se define como la diferencia de energías especificas antes y después del salto:
∆𝐸 = 𝐸𝑠1 − 𝐸𝑠2
Para un canal rectangularhorizontal
Eficiencia:
Se define como tal a la relaciónde energía especifica después yantes del salto:
Se define como la diferencia entre lostirantes después y antes de los saltos:
∆𝐸 =(𝑦2 − 𝑦1)
3
4𝑦1𝑦2
𝜂 =𝐸𝑠2𝐸𝑠1
Para un canalrectangular horizontal 𝜂 =
(8𝐹𝑟12 + 1)3/2 − 4𝐹𝑟1
2 + 1
8𝐹𝑟12(2 + 𝐹𝑟1
2)
Altura de salto: ℎ1 = 𝑦2 − 𝑦1
![Page 15: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/15.jpg)
LONGITUD DEL SALTO
Para modelar 𝐿 = 𝐿(𝐹𝑟12)
En un canal de sección rectangular:
- SILVESTER
- LOPARD
- NOVAK
- BRADLY – PETERKA
𝐿
𝑦1= 9.75 𝐹𝑟1
2 − 1
𝐿 = 6.9 𝑦2 − 𝑦1
𝐿 = 6.0 𝑦2 − 𝑦1
𝐿
𝑦2= 6.1 + 4𝑆0
![Page 16: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/16.jpg)
![Page 17: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/18.jpg)
![Page 19: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/20.jpg)
Vertedero de demasías o de desborde
HHe
h
Ha
![Page 21: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/21.jpg)
Ejemplo de aplicacion
Determinar la elevación de la cresta y la forma de una sección de vertedero de desborde
teniendo la cara vertical aguas arriba y una longitud de cresta de 74.2m, la descarga de
diseño es 2123.763m3/s. La superficie del agua , aguas arriba para el caudal de diseño
esta en la cota 304.80 y el piso medio del canal está en la cota 268.224
datos:
mL 2.76
/763.2123 3 smQd
smC /22.2 2/1
Elevación de la superficie del flujo aguas arriba para el caudal de diseño:
304.8m
Elevación del piso medio del canal : 268.224 m
![Page 22: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/22.jpg)
Solución:
5.1
eCLHQ
m
CL
QH e 40.5
2.7622.2
763.2123 32
3
2
La velocidad de llegada es:
El tirante de agua con que se llega al vertedero es : 36.576m
sm
QVa 7619.0
576.362.76
763.2123
La altura correspondiente de velocidad es g
H a
a2
2
mx
Ha 0295.081.92
7619.0 2
La altura de diseño: mHd 3705.50295.040.5
La altura de presa es:
h = 36.576 - 5.3705 = 31.2055m
Calculando: 1.33xHd = 7.142 m
La altura h = 31.2055 es mas grande que 7.142 m, entonces el efecto de la
velocidad de llegada es despreciable.
Por lo tanto la elevación de la cresta es: 304.8 -5.3705 = 299.4295m
![Page 23: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/23.jpg)
![Page 24: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/25.jpg)
![Page 26: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/26.jpg)
![Page 27: Clase VII Canales 4](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022050819/563db777550346aa9a8b4979/html5/thumbnails/27.jpg)