Universidad Nacional de Trujillo FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA
TRABAJO DE CENTRALES DE PRODUCCION DE ENERGIA TEMA:
CANALES HIDRAULICOS
ALUMNOS:
BALAREZO SUAREZ, CESAR
DOCENTE:
ING. ELI GUAYAN HUACCHA
CICLO:
X
TRUJILLO – PERÚ 2017
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ÍNDICE 1. 2.
INTRODUCCIÓN:..................................................................................................3 MARCO TEORICO:...............................................................................................3 2.1. DEFINICION:......................................................................................................3 2.2. CLASIFICACION DE LOS CANALES:...............................................................3 A) Por la función que cumplen en los sistemas:...............................................3 B) De acuerdo a su origen:...............................................................................4 2.3. FLUJO EN CANAL ABIERTO:............................................................................5 2.3.1. CLASIFICACIÓN DE FLUJOS EN CANALES ABIERTOS.........................5
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1. INTRODUCCIÓN: El conocimiento empírico del funcionamiento de los canales se remonta a varios milenios. En la antigua Mesopotamia se usaban canales de riego, en la Roma Imperial se abastecían de agua a través de canales construidos sobre inmensos acueductos, y los habitantes del antiguo Perú construyeron en algunos lugares de los Andes canales que aun funcionan. El estudio sistemático de los canales se remonta al siglo XVIII, con Chezy, Bazin y otros. [1]
2. MARCO TEORICO: 2.1. DEFINICION: En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos generalmente utilizada para agua y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil.[2] Los canales son conductos en los que el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está en contacto con la atmosfera. [3] Son conductos abiertos en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, dado que la superficie libre del líquido está en contacto con la atmosfera. [4]
2.2. CLASIFICACION DE LOS CANALES: Los canales pueden clasificarse según:
A) Por la función que cumplen en los sistemas: Canal de derivación: Es el canal que conduce las aguas desde la toma hasta el punto inicial de reparto de las aguas.
Canales laterales: Son los que llevan las aguas a las áreas de riego y finalmente a las parcelas.
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B) De acuerdo a su origen: Naturales: Son los cursos de agua existentes en forma natural como consecuencia del escurrimiento de la lluvia.
Artificiales: Son los construidos por el hombre.
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2.3. FLUJO EN CANAL ABIERTO: El flujo en canal abierto implica que el flujo en el canal está abierto a la atmósfera, pero el flujo en conducto es también el flujo en canal abierto si el líquido no cubre el conducto por completo, y, por lo tanto, hay una superficie libre (Cengel; pag. 679). El flujo del agua en un río, por ejemplo, se conduce por la diferencia de elevación entre río corriente arriba y río corriente abajo. La razón de flujo en un canal abierto está establecida por el balance dinámico entre gravedad y fricción. Las inercias del flujo de un líquido también se vuelven importante en flujos inestables. La superficie libre coincide con la línea de Gradiente hidráulico (LGH, HGL, por sus siglas en inglés) y la presión es constante a lo largo de la superficie libre. La altura de una superficie libre desde el fondo del canal y todas las dimensiones de la sección transversal del flujo a lo largo del canal no se conoce a priori y cambia con la velocidad promedio del flujo. La presión en un canal varía hidrostáticamente en la dirección vertical cuando el flujo en el canal es estable y está totalmente desarrollado .
2.3.1. CLASIFICACIÓN DE FLUJOS EN CANALES ABIERTOS
1. Flujo permanente y no Permanente Esta clasificación obedece a la utilización del tiempo como variable. El flujo es permanente si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambia con respecto al tiempo, es decir, en una secciono del canal en todos los tiempos los elementos del flujo permanecen constantes.
2. Flujo Uniforme y variado Uniforme: Esta clasificación obedece a la utilización del espacio como variable. El flujo es uniforme si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal los elementos del flujo permanecen constantes.
Figura: flujo uniforme
Fuente: Cengel; pag. 681
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El flujo variado: se puede a su vez clasificar en gradual y rápidamente variado. Flujo gradualmente: es aquel en el cual los parámetros cambian en forma gradual a lo largo del canal, como es el caso de una curva de remanso producida por la intersección de una presa en el cauce principal elevándose el nivel del agua por encima de la presa, con efecto hasta varios kilómetros aguas arriba de la estructura. Flujo Rápidamente variado: es aquel en el cual los parámetros varían instantáneamente en una distancia muy pequeña, como es el caso del resalto hidráulico.
3. Flujo laminar y Turbulento El comportamiento de flujo en un canal está gobernado principalmente por efectos de las fuerzas viscosas y de gravedad en relación con las fuerzas de inercia internas del flujo. En relación con el efecto de la viscosidad, el flujo puede ser laminar, de transición o turbulento. En forma semejante al flujo en conductores forzados, la importancia de la fuerza viscosa se mide a través del número de Reynolds (Re), que relaciona fuerzas de inercia de velocidad con fuerzas viscosas, definidas en este caso como:
Donde: Rh= Radio Hidráulico de la sección transversal, en metros (m) V = velocidad media, en metros por segundo (m/s) µ= viscosidad cinemática del agua, en m2/s
Radio hidráulico: Rh es el radio hidráulico definido como la razón entre el área de la sección transversal del flujo Ac y el perímetro mojado p.
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Si se considera que con frecuencia los canales abiertos vienen con secciones transversales irregulares, el radio hidráulico sirve como la longitud característica y da uniformidad al tratamiento de canales abiertos. También, el número de Reynolds es constante para toda la sección del flujo uniforme de un canal abierto. Puede suponerse que los radios hidráulicos podrían definirse como la mitad de los diámetros hidráulicos, pero éste no es el caso por desgracia. Como se recuerda, el diámetro Dh, para un flujo en una tubería se define como Dh= 4 Ac/p, Así que el diámetro hidráulico es simplemente el diámetro de tubería en caso de tuberías circulares. Sin embargo, la relación entre radio hidráulico y diámetro hidráulico se vuelve el diámetro hidráulico.
Diámetro hidráulico: Así, se ve que el radio hidráulico es de hecho una cuarta parte veces en vez de la mitad del diámetro hidráulico.
Por lo tanto, un número de Reynolds basado en el radio hidráulico es una cuarta parte del número de Reynolds basado en el diámetro hidráulico como la longitud característica.
En los canales se han comprobado resultados semejantes a flujos en tuberías, por lo que respecta a este criterio de clasificación. Para propósitos prácticos, en el caso de un canal, se tiene: Flujo laminar para Re<580, en este estado las fuerzas viscosas son relativamente más grandes que las fuerzas de inercia. Flujo de transición para 580 ≤ Re ≤ 750, estado mixto entre laminar y turbulento. Flujo turbulento para Re > 750, en este estado las fuerzas viscosas son débiles comparadas con las fuerzas de inercia. En la mayoría de los canales, el flujo laminar ocurre muy raramente, debido a las dimensiones relativamente grandes de los mismos y a la baja viscosidad cinemática del agua.
4. Flujo Critico, Subcrítico Y Supercrítico En relación con el efecto de la gravedad, el flujo puede ser crítico, subcritico y supercrítico; la importancia de la fuerza de gravedad se mide a través del número
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de Froude (F), que relaciona fuerzas de inercia de velocidad, con fuerzas gravitatorias, definidas en este caso como:
Donde: V = velocidad media de la sección, en m/s g = aceleración de la gravedad, en m/s2 L = longitud característica de la sección, en m. En canales, la longitud característica viene dada por la magnitud de la profundidad media o tirante medio y(m)=A/T, con lo cual se tiene:
Entonces por el número de Froude, el flujo puede ser: Flujo Subcrítico si F < 1, en este estado las fuerzas de gravedad se hacen dominantes, por lo que el flujo tiene baja velocidad, siendo tranquilo y lento. En este tipo de flujo, toda singularidad, tiene influencias hacia aguas arriba. Flujo critico si F = 1, en este estado, las fuerzas de inercia y gravedad están en equilibrio. Flujo Supercrítico si F > 1, en este estado las fuerzas de inercia son más pronunciadas, por lo que el flujo tiene una gran velocidad, siendo rápido o torrentoso.
En este tipo de flujo, toda singularidad, tiene influencia hacia
aguas abajo.
REFERENCIAS:
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[1] Guadalupe Estrada Gutiérrez; Laboratorio de canales hidráulicos. [2] Wikipedia; canales hidráulicos [3] Richard Delgado Arana; apuntes de canales Hidráulicos; Facultad de ing. Civil [4] Giovene Pérez Campomanes; diseño de canales hidráulicos;
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