Clase 03 conductos a superficie libre obras hidraulicas
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CONDUCTOS A SUPERFICIE_obras hidraulicas

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Clase 03 conductos a superficie libre obras hidraulicas Clase 03 conductos a superficie libre obras hidraulicas Presentation Transcript

  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVILCONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE 3° clase Ing. Alejandro Zapata chafazg@gmail.com
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2.3.1 Elementos Cinéticos
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2.3.1 Elementos Dinámicos Detalle Unidad Variable Coeficiente de rugosidad s/u n Perdida de carga por friccion m hf En un tramo "L" del canal Pendiente hidraulica s/u S = hf / L
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.4. Métodos para el diseño hidráulico de los canalesEl diseño de los canales se debe efectuar teniendo en cuenta los tipos deflujos siguientes:Flujo UniformeCuando permanecen constantes el tirante, la velocidad media el gasto y lapendiente hidráulica del tramo.Flujo Variado ContinuoCuando son constantes el tirante, la velocidad medía, el gasto. y lapendiente hidráulica.Flujo Variado DiscontinuoCuando el gasto es variable de sección a sección.Flujo TransitorioCuando el gasto varía con el tiempo.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRELas dimensiones de la sección y su pendiente determinan el estado de flujodel agua en cada secciónEn la hidráulica, entre los estados de flujo de un líquido se distinguen los deun flujo subcrítico, crítico y supercrítico. La medida para definir estosestados es el número de Froude Fr, que se define como la relación entre lavelocidad del flujo V y la velocidad de las ondas gravitacionales (celeridad):
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRECuando el número de Froude es menos que 1.0. se habla de unflujo subcrítico, que es un flujo de velocidad baja y tranquila. En elestado subcrítico las ondas gravitacionales pueden propagarse endirección aguas arriba. porque la celeridad es suficientementegrande para vencer la velocidad del flujo.Cuando el número de Froude es mayor a 1.0, el flujo essupercrítico, con una alta velocidad y que se conoce como rápido yhasta torrencial. En el estado supercrítico es imposible que unaonda gravitacional se propague hacia aguas arriba, porque laceleridad es menor que la velocidad del flujo.Cuando el número de Fronde es igual a 1.0, el flujo es crítico.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRELa transición del estado subcrítico a supercrítico es un procesogradual y generalmente tranquilo. La aceleración del agua generaun gradual aumento de la velocidad y una consecuente reduccióndel tirante.Por definición la aceleración de subcrítico a supercrítico pasa por elestado crítico.Contrariamente, el cambio del estado supercrítico al estadosubcrítico es un proceso turbulento. Obligatoriamente pasa por unresalto hidráulico en el que la energía cinética se convierte enenergía potencial. La intensidad del resalto y la propagación deeventuales ondulaciones en el canal aguas abajo dependen delnúmero de Froude del flujo supercrítico.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.4. Métodos para el Diseño hidráulico de CanalesExisten varios métodos dentro de ellos podemos indicar:- Método del Ing. Enrique Góngora Pareja (Tablas)- Método del Ing. Lizandro Mercado (Nomogramas)- Fórmula de Chezy- Fórmula de ManningLa formula de Manning es la mas conocida y aplicadamundialmente la cual desarrollaremos en los siguientes ítems
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRELa fórmula de Chezy
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRELa fórmula de Chezy…Resulta la fórmula de Chezy para canales. sólo aplicable cuandoel régimen es uniforme:
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5. Ecuaciones de la Hidrodinámica aplicadas a CanalesEl flujo uniforme sólo es posible en un canal de seccióntransversal constante, mientras si en un canal se presentansecciones transversales diferentes, el flujo es variado y puedepresentarse en una corriente acelerada o en un remanso.Las ecuaciones a aplicarse en los canales con flujo uniforme. esdecir cuando son constantes el tirante normal, la velocidad media,la pendiente hidráulica y el gasto se Indican a continuación.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.1 Principio de Continuidad o de Conservación de la MasaQue expresa que para un escurrimiento uniforme el caudal es constanteen dos secciones de área y velocidad diferentes si no existenaportaciones ni extracciones, del mismo. Q = V1 x A1 = V2 x A2
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.2 Ecuación de la energía o Teorema de BernoulliEl principio de conservación de la energía se expresa así: Para un tramo laenergía de entrada debe ser Igual a la energía en la sección de salida suecuación es:
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.3 Ley de Impulso o Cantidad de movimientoSegún esta ecuación: La variación de la cantidad de movimiento de unamasa de agua que fluye a través de un tramó de canal en la unidad detiempo es Igual al Impulso resultante de las fuerzas actuantes sobre ella.Siendo su expresión la siguiente:
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.3 Ley de Impulso o Cantidad de movimientoLa ecuación anterior tiene los factores que se indican a continuación:P1 y P2 Resultantes de las presiones que actúan sobre el cuerpo Ubre del agua,W Peso de la masa de agua del tramo Angulo que determina la pendiente geométricaFf Fuerzas externas (fricción y otras resistencias)ɤ Peso volumétrico del agua. Coeficientes de corrección para la utilización de las velocidades medias llamadas coeficientes de Boussinesq.V1 y V2 Velocidad antes y después del cambio.Q Caudal o gasto.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.3 Ley de Impulso o Cantidad de movimientoEl valor del coeficiente de Boussinesq se calcula a partir de la formula decantidad de movimiento donde:Cantidad de Movimiento CM1 = ƿ Q VEn un punto cualquiera δQ = V δ ACantidad de Movimiento CM = ʃ ƿ ((V δA) V)  CM = ƿ ʃ (V2 δA)Este sería el valor exacto de la cantidad de movimiento, pero para simplificar seutilizan las velocidades medias y se tiene un valor aproximado. CM =  CM1
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.3 Ley de Impulso o Cantidad de movimientoEl valor del coeficiente de Boussinesq se calcula a partir de la formula decantidad de movimiento donde:Cantidad de Movimiento CM1 = ƿ Q VEn un punto cualquiera δQ = V δ ACantidad de Movimiento CM = ʃ ƿ ((V δA) V)  CM = ƿ ʃ (V2 δA)Este sería el valor exacto de la cantidad de movimiento, pero para simplificar seutilizan las velocidades medias y se tiene un valor aproximado. CM =  CM1Por tanto
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.3 Ley de Impulso o Cantidad de movimientoEl coeficiente de Boussinesq se relaciona con el coeficiente de Coriolismediante la ecuación siguiente:Para casos prácticos α==1Para tuberías se tiene α=2  = 4/3En el cuadro siguiente se dan los valores de y para diferentes tipos de conductos.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL2. CONDUCTOS A SUPERFICIE LIBRE2.5.3 Ley de Impulso o Cantidad de movimientoLa ley del Impulso es de gran utilidad para problemas en los cuales sedesconocen las pérdidas que ocurrirán en un tramo, dado que las fuerzasson externas y pueden ser calculables sólo para fenómenos locales.
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVILLECTURASTarea N° 03:Con la hoja electrónica desarrollada, para un Q=200 l/s, SO=2 O/OO;n=0.016, b=0.4 m se le pide responder a las siguientes preguntas: 1.¿Cuál es la sección de canal mas eficiente entre un canal rectangular y uno trapezoidal (z=0.5) y por que? 2.¿Cuál es la sección de canal mas eficiente entre un canal semicircular (b=Diámetro) y uno trapezoidal (z=0.5) y por que?
  • UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENERIA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVILLECTURASTemas para el control de Lectura 02:1. ¿Qué es la velocidad máxima de erosión?2. ¿Qué es la velocidad minima de sedimentación?3. ¿Qué es la Máxima Eficiencia Hidráulica?4. ¿Qué es el Bordo libre?