Singularidad en Canales

MECANICA DE FLUIDOS I ING. MUÑIZ PAUCARMAYTA ABEL Contenido RESUMEN:....................................................................................................................................................................1 SUMMARY....................................................................................................................................................................1 T ÍT UL O DE L TRAB AJO : ....................................................................................................................................1 O B JE T IVOS : .............................................................................................................................................................1 MARCO TEÓRICO......................................................................................................................................................2 ANÁLISIS......................................................................................................................................................................4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...........................................................................................................4 BIBLIOGRAFIA:..........................................................................................................................................................4 ANEXOS.........................................................................................................................................................................4

RESUMEN: Este capítulo está orientado al estudio de las curvas en canales, de las transiciones en canales y de las alcantarillas. Por su utilización en el estudio de las curvas y transiciones en régimen supercrítico, se va a describir previamente el fenómeno del resalto oblicuo. SUMMARY: This chapter is oriented to study curves in canals, channels transitions and sewers. For use in the study of curves and transitions in supercritical regime, it will describe the phenomenon previously oblique projection. T ÍT UL O DE L TRAB AJO :

SINGULARIDAD EN CANALES O B JE T IVOS : El principal objetivo es tener conocimientos profundos sobre la singularidad en canales y sus aplicaciones prácticas y las aplicaciones los problemas teóricos y prácticos que se presentaran más adelante. MARCO TEÓRICO 

EL RESALTO OBLICUO.

Consideramos un canal rectangular con flujo supercrítico. Si una de las paredes del canal cambia su alineamiento cerrándose un ángulo θ como indica la figura, la profundidad del flujo y1 crecerá abruptamente a una profundidad y2 a lo largo del frente de la onda CD que forma un ángulo β con la dirección descontinuada de la pared.

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Este fenómeno se parece a un resalto hidráulico ordinario pero con el cambio de profundidad ocurriendo a lo largo de un frente oblicuo, razón por la cual se le llama resalto hidráulico oblicuo o simplemente salto oblicuo. Nótese como el salto ordinario es un caso particular del salto oblicuo con 0 = 0º y β = 90º. Del diagrama vectorial de velocidades antes del resalto 

CURVAS

En la práctica es inevitable que un canal tenga curvas, por cuanto ha de adaptarse a la topografía del terreno que es por lo general irregular. En una curva el flujo del agua se altera. Si el flujo es subcritico los aspectos mas notables son la aparición de un flujo espiral y la sobre elevación de la superficie del agua en la pared exterior de la curva. Si el flujo es supercrítico los aspectos mas notables son la aparición de ondas cruzadas y también la sobre elevación de la superficie del agua pero en las dos paredes del canal. 

CURVAS EN REGIMEN SUBCRITICO

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FLUJO ESPIRAL

En el tramo recto de un canal la velocidad media del agua es perpendicular a la sección transversal. En una curva aparecen velocidades secundarias en el plano de la sección transversal. Como consecuencia el flujo en la curva es de tipo helicoidal o espiral. Mirando hacia aguas abajo, en una curva a la izquierda el flujo espiral tiene sentido horario y en una curva a la derecha sentido anti horario. Como consecuencia, en los cauces naturales tienen a formarse las secciones típicas que se muestran

Es de notar que no en todos los ríos ocurre esto. En efecto, en los ríos anchos el flujo espiral es débil, predomina la rugosidad y la sección en las curvas no difiere mucho de la sección en los tramos rectos.

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 PERDIDA DE ENERGIA La figura ilustra la forma del perfil del agua y de la línea de energía en una curva de longitud AB en un canal rectangular. SINGULARIDADES EN CANALES URIBE CUYUBAMBA, MANUEL ANGEL

MECANICA DE FLUIDOS I ING. MUÑIZ PAUCARMAYTA ABEL  SOBREELEVACION De los estudios se sabe que el filamento de mayor velocidad adopta en la curva la forma que se indica en la figura. Es decir, empieza a pegarse a la pared interior antes de la curva, casi toca la pared interior en un cierto punto d y cruza la línea central en la sección de un punto s. Actualmente existen pautas para determinar la ubicación de los puntos d y s. 

CURVAS EN REGIMEN SUPERCRITICO.

PERDIDA DE ENERGIA ONDAS CRUZADAS En una curva la pared externa gira un ángulo θ penetrando el flujo, de modo que se forma un salto oblicuo y un frente de onda positivo AB. TRANSICIONES. Las transiciones en un canal son estructuras relativamente cortas diseñadas para cambiar la forma o el valor del área mojada. Se usan para enlazar la sección del canal con la sección de las estructuras hidráulicas alineadas en el. Las transiciones de entrada son transiciones convergentes y las de salida son transiciones divergentes. TRANSICIONES EN REGIMEN SUPERCRITICO.

CONTRACIONES Las experiencias indican que todas maneras se producen ondas cruzadas simétricas con respecto al eje del canal. También que mejor comportamiento tienen las contracciones rectas que las contracciones curvas de igual longitud, en cuanto que la sobre elevación es menor. DIVERGENCIAS.- De todas las transiciones, las divergentes en régimen supercrítico son las de más difícil tratamiento debido a la tendencia del flujo a separarse de las paredes y a la formación del disturbio de ondas cruzadas. En los canales importantes se sugiere el estudio de la transición en modelo, pudiendo servir para un dimensionamiento preliminar las pautas siguientes, fruto del análisis y la experimentación. ANÁLISIS El flujo variado puede ser clasificado como rápidamente variado o gradualmente variado. En el primer caso (rápidamente variado) la profundidad de flujo cambia abruptamente en una distancia comparativamente corta, por ejemplo en un resalto hidráulico. En el otro caso, se requieren distancias mayores para que alcancen a desarrollarse los perfiles de flujo gradualmente variado. En un canal con flujo permanente uniforme pueden existir causas que retardan o aceleran la corriente de forma que pasa a condiciones variadas que se manifiestan por un aumento o disminución de la profundidad del flujo, respectivamente.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La pérdida de altura en una sección es igual que la de un flujo uniforme con las mismas características de velocidad y radio hidráulico.

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MECANICA DE FLUIDOS I ING. MUÑIZ PAUCARMAYTA ABEL La pendiente del canal es pequeña (<10%). Esto quiere decir que la profundidad del flujo puede medirse verticalmente o perpendicularmente al fondo del canal y no se requiere hacer corrección por presión ni por arrastre del aire. El canal es prismático. Los coeficientes de distribución de la velocidad y el de rugosidad son constantes en el tramo considerado.

BIBLIOGRAFIA: FLUJO EN TUBERIAS Y CANALES CANO GALLEGO, Rodrigo Medellín 1996 HIDRAHULICA GENERAL Volumen II GILBERTO SOTELO AVILA Grupo Editorial: LIMUSA México, 1997 HIDRAHULICA DE CANALES ABIERTOS 4ta. Edición CHOW, VEN TE Editorial: McGraw Hill Santa Fe de Bogotá, Colombia, 1996 ANEXOS

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