energia especifica en canal trapezoidal
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7/26/2019 energia especifica en canal trapezoidal
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AO DE LA CONSOLIDACIN DELMAR DE GRAU
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER
FACULTAD DE INGENIERA MECNICA
Alumno:SULLCARAY CARBAJAL, Danny
Ingeniero del curso:HUATUCO O!"AL#S, $ario
Curso:$#CA!ICA D# %LUIDOS II
&I S#$#STR#
Huancayo'(er)*+-
#!SAYO D# #!#RIA #S(#CI%ICA #!U! CA!AL D# #O$#TRIA
TRA(#"OIDAL
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. OBJ#TI&OS:
Denotar el comportamiento del diagrama de Energa Especifica cuando se
tiene diferentes caudales para una misma seccin trapezoidal.
*. $ARCO T#/RICO:
2.1. FLUJO EN CANALES ABIERTOS
El flujo de canales abiertos tiene lugar
cuando los lquidos fluyen por la accin de
la gravedad y solo estn parcialmente
envueltos por un contorno slido.
En el flujo de canales abiertos, el lquido
que fluye tiene superficie libre y sobre l no
acta otra presin que la debida a su propio
peso y a la presin atmosfrica.
El flujo en canales abiertos tambin tiene lugar en la naturaleza,
como en ros, arroyos, etc., si bien en general, con secciones rectas
del cauce irregulares. De forma artificial, creadas por el !ombre, tiene
lugar en los canales, acequias, y canales de desag"e.
E n la mayora de los casos. #os canales tienen secciones rectas
regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales.
$ambin tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de
conductos cerrados, como tuberas de seccin recta circular cuando
el flujo no es a conducto lleno.
En los sistemas de alcantarillado no tiene lugar, por lo general, el
flujo a conducto lleno, y su dise%o se realiza como canal abierto.
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NUMERO DE FROUDE
El nmero de &eynolds 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. 'or ejemplo, la diferencia de altura entre dos
embalses !ar que el agua fluya a travs de un canal que los
conecta.
El parmetro que representa este efecto gravitacional es el (mero
de )roude, puede e*presarse de forma a dimensional.
Este es til en los clculos del resalto !idrulico, en el dise%o deestructuras !idrulicas y en el dise%o de barcos.
El flujo se clasifica como+
)r-, )lujo subcrtico o tranquilo, tiene una velocidad relativa
baja y la profundidad es relativamente grande, prevalece la
energa potencial. orresponde a un rgimen de llanura.
)r/-, )lujo critico, es un estado terico en corrientes naturales
y representa el punto de transicin entre los regmenes
subcrtico y supercrtico.
)r0-, )lujo supercrtico o rpido, tiene una velocidad
relativamente alta y poca profundidad prevalece la energa
cintica. 'ropios de cauces de gran pendiente o ros de
monta%a.
GEOMETRIA DEL CANAL
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1n canal con una seccin transversal invariable y una pendiente de
fondo constante se conoce como canal prismtico. De otra manera,
el canal es no prismtico2 un ejemplo es un vertedero de anc!o
variable y alineamiento curvo. 3l menos que se indique
especficamente los canales descritos son prismticos.
El trapecio es la forma ms comn para canales con bancas en tierra
sin recubrimiento, debido a que proveen las pendientes necesarias
para la estabilidad.
El rectngulo y el tringulo son casos especiales del trapecio. Debido
a que el rectngulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza
para canales construidos para materiales estables, como
mampostera, roca, metal o madera. #a seccin transversal solo seutiliza para peque%as asqueas, cunetas o a lo largo de carreteras y
trabajos de laboratorio. El crculo es la seccin ms comn para
alcantarillados y alcantarillas de tama%o peque%o y mediano.
Seccione Rec!"n#$%"&e
riterio para mejor seccin transversal !idrulica 4para canal rectangular+
C"n"%e T&"'e(oi)"%e
'ara canales trapezoidales se toman los mismos criterios para la seccin
!idrulica ms eficiente+
omo conclusin se puede decir que la mejor seccin transversal
!idrulica para un canal abierto es la que tiene el m*imo radio
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!idrulico o, proporcionalmente, la que tiene menor permetro mojado
para una seccin transversal especifica.
2.2. ENERGIA EN CANALES ABIERTOS*
En !idrulica se sabe que la energa total del agua en metros5
6ilogramos por 6ilogramos de cualquier lnea de corriente que pasa a
travs de una seccin de canal puede e*presarse 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.
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'or ejemplo, con respecto al plano de referencia, la altura 7 de una
seccin 8 que contiene el punto 3 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 - localizada aguas arriba debe de ser
igual a la altura de energa total en la seccin 9 localizada aguas
abajo ms la prdida de energa !f entre las dos secciones, ver
figura.
Esta ecuacin es aplicable a flujos paralelos o gradualmente
variados. 'ara un canal de pendiente peque%a, esta se convierte en
2.2.1. ENERGIA ESPECIFICA*
#a energa especfica en una seccin de canal se define como la
energa de agua en cualquier seccin de un canal medida con
respecto al fondo de este.
:, para un canal de pendiente peque%a y /-, la ecuacin se
convierte en+
#a cual indica que la energa especfica es igual a la suma de la
profundidad del agua ms la altura de velocidad. 'ara propsitos
de simplicidad, el siguiente anlisis se basar en un canal de
pendiente peque%a.
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omo ;/
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Curva de energa especifica
#a curva muestra que, para una energa especfica determinada,e*isten dos posibles profundidades, la profundidad baja y - y la
profundidad alta y9.
#a profundidad baja es al profundidad alterna de la profundidad
alta, y viceversa. En el punto , la energa especfica es mnima.
'or consiguiente, en el estado crtico es claro que las dos
profundidades alternas se convierten en una, la cual es conocida
como profundidad crtica yc.
uando la profundidad de flujo es mayor que la profundidad
crtica, la velocidad de flujo es menor que la velocidad crtica
para un caudal determinado y, por consiguiente, el flujo es
subcrtico.
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uando la profundidad de flujo es menor que la profundidad
crtica, el flujo es subcrtico. 'or tanto, y-es la profundidad de un
flujo supercrtico y por lo tanto y9es la profundidad de un flujo
supercrtico.
0. I!STRU$#!TOS Y1#2UI(OS
El E*cel es una !erramienta til para este tipo de ejercicios ya que nos
ayudara a trazar el grafico q buscamos.
#a calculadora cientfica es indispensable para entrar a tallar los datos de
como varia la energa especifica en un canal trapezoidal para diferentes
caudales.
3. (ROC#DI$I#!TOS
Graficar la geometra del canal que en este caso es trapezoidal.
#a frmula de la energa especifica llevarlo en funcin del tirante.
$abular el tirante.
&ecolectar datos.
1tilizando el E*cel graficar como varia la energa especifica en
funcin del tirante.
Hacar conclusiones de los grficos.
&ecomendar sobre este tipo de canal trapezoidal.
4. #J#RCICIO D# (RACTICA
He tiene un canal de seccin trapezoidal cuyo anc!o de solera es 8. m y el
talud es -+- graficar la curva de energa especifica indicando el vrtice de la
!iprbola 4tirante y energa mnimaF.
audal / @8 lt=s
audal / I8 lt=s
audal / 8 lt=s
E=Y+Q2
2 g( 10.9y+y2
)
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-. CUADRO D# DATOS R#CO(ILADOS
. PARA UN CAUDAL DE +, LT-S
2. PARA UN CAUDAL DE , LT-S
E y
2.00000242
2
1.80000345
1.8
1.6000051
1.6
1.40000787
1.4
1.20001
284
1.2
1.00002259
1
0.80004409
0.8
0.60010068
0.6
0.40030159
0.4
0.35042605
0.35
0.30062924
0.3
0.25098661
0.25
0.20168491
0.2
0.18215789
0.18
0.16283511
0.16
0.14384679
0.14
E y
0.12544325
0.12
0.10815494
0.1
0.09326749
0.08
0.08457967
0.06
0.097682660.04
0.09980798
0.039
0.10218715
0.038
0.1048482
0.037
0.10782312
0.036
0.11114856
0.035
0.114866
64
0.034
0.11902602
0.033
0.12368308
0.032
0.1289035
0.031
E y
0.132247310.12
0.11834862
0.1
0.10985186
0.08
0.11530425
0.06
0.16978599
0.04
0.17581796
0.039
0.182421
09
0.038
0.18965846
0.037
0.19760203
0.036
0.20633425
0.035
0.21594994
0.034
0.22655854
0.033
0.23828693
0.032
0.25128288
0.031
E y
2.00000545
2
1.80000777
1.8
1.60001147
1.6
1.4000177
1.4
1.20002889
1.2
1.00005083
1
0.8000992
0.8
0.60022653
0.6
0.400678570.4
0.35095862
0.35
0.30141579
0.3
0.25221987
0.25
0.20379104
0.2
0.18485524
0.18
0.166378
99
0.16
0.14865527
0.14
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0. PARA UN CAUDAL /, LT-S
5. RA%ICO
GRAFICO DE
ENERGIA ESPECIFICA DE
+, LT-S
E y
2.000012272
1.80001748
1.8
1.6000258
1.6
1.40003982
1.4
1.20006501
1.2
1.00011436
1
0.800223
21
0.8
0.60050968
0.6
0.40152679
0.4
0.3521569
0.35
0.30318552
0.3
0.25499471
0.25
0.20852984
0.2
0.19092430.18
0.17435272
0.16
0.15947436
0.14
E y
0.14755644
0.12
0.1412844
0.1
0.14716668
0.08
0.18443457
0.06
0.33201847
0.04
0.3468404
0.039
0.36294746
0.038
0.38048153
0.037
0.39960456
0.036
0.42050206
0.035
0.44338736
0.034
0.46850671
0.033
0.4961456
0.032
0.52663648
0.031
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GRAFICO DE ENERGIA ESPECIFICA DE , LT-S
0 0.5 1 1.5 20
0.5
1
1.5
2
2.5
ENERGIA ESPECIICA DE CAUDAL 60 L!"S
GRAFICO DE ENERGIA ESPECIFICA DE /, LT-S
-
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13/16
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
ENERGIA ESPECIICA DE CAUDAL 9
6. CUADRO D# DATOS (ROC#SADOS
Caudal de 3+ l71s Caudal de -+ l71s Caudal de 8+ l71s
-
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7iran7e 0.06 0.08 0.10
Caudal de 3+ l71s Caudal de -+ l71s Caudal de 8+ l71s#!#RIA#S(#CI%ICA$I!I$A
0.0845797 0.1098519 0.1412844
8. RA%ICA D# LAS #!#RIAS DIS(O!IBL#S U!IDAS
0 0.5 1 1.5 2
0
0.5
1
1.5
2
2.5
ENERGIA ESPECIICA
!IRAN!E #$#
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+. CO!CLUSIO!#S
'odemos concluir del diagrama de energa especfica para los
diferentes caudales se puede observar, como los tirantes crticos
aumentan a medida que el caudal crece2 as mismo ocurre con la
energa mnima.
De esto nos refleja que en un canal con caudales grandes tiene ms
energa, lo cual se !ace ms tedioso el manejo de este y su dise%o,
por lo cual se crean disipadores de energa.
'odemos tambin concluir que el paso de un rgimen critico a uno
subcritico y viceversa, se requiere menos esfuerzo en un canal con
un caudal peque%o que uno grande.
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. R#CO$#!DACIO!#S
'odemos recomendar que al momento de la tabulacin se use al
menos I cifras significativas ya que es muy peque%o el caudal.
He recomienda saber que uno de los canales ms eficientes para
conducir agua son las de geomtrica trapezoidales.
He recomienda trazar en graficadoras para darse mejor visin de las!iprbolas y sacar el tirante JKL y la energa mnima. En ese punto
ser m*imo el caudal y tambin la velocidad ser m*ima, ser un
caudal eficiente.
*. BIBLIORA%9A
;E( $E 7:M,'! D,L7ND&31#N3 DE 3(3#EH 3?NE&$:HL,'rofesor of
7ydraulic Engineering university of Nllinois,Editoria OcG&3M57N##,Hanta)e
de ?ogota,-@.
Puan David #opez :sorio,L$3##E& DE E(E&GN3
EH'EN)N3L,1niversidad del
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