Energia Especifica

24 visualizaciones

Publicado el

Energia especifica y cantidad de movimiento que se da dentro de un canal

Publicado en: Ingeniería
0 comentarios
0 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
24
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
0
Acciones
Compartido
0
Descargas
1
Comentarios
0
Recomendaciones
0
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Energia Especifica

  1. 1. ENERGÍA ESPECIFICA
  2. 2. Si tomamos como plano de referencia el fondo del canal, la energía así calculada se denomina ENERGIA ESPECIFICA, lo cual significa Z=0
  3. 3. Es la energía especifica en la sección de un canal, la energía por kilogramo de agua que fluye a través de la sección medida con respecto al fondo del canal. La energía también la podemos expresar en función del gasto Q y el área A de la sección transversal, que es una función del tirante Y. 𝐸 = 𝑦 + 𝑄2 2𝑔𝐴2
  4. 4. Mediante la energía especifica se pueden resolver los mas complejos problemas de transiciones cortas en las que los efectos de rozamientos son despreciables. Si consideramos ∞ = 1, se tiene Pero, de la ecuación de continuidad , para un canal de cualquier forma se tiene: Donde finalmente se tiene Suponiendo que Q es constante y A es función del tirante, la energía especifica es únicamente función del tirante. Si graficamos la ecuación anterior para un caudal constante, se obtiene una curva de dos ramas, lo cual se puede apreciar en el siguiente análisis. V = Q/A E = y + Q2/2gA2
  5. 5. Si y 0 A 0, Luego: Q2/ 2*g*A2 E ∞ Si y ∞ A ∞, Luego: Q2/2*g*A2 0 E ∞ Es decir E ∞, Cuando y 0, lo que indica que para valores del intervalo 0< y < ∞, habran valores definidos de E, y que debe haber un valor mínimo de E. ∞
  6. 6. ENERGÍA ESPECIFICA PARA CANALES RECTANGULARES para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad de ancho, q = Q/b, q : caudal por unidad de ancho, b : ancho de la solera del canal. Para caudal constante y canal rectangular, la energía específica es función únicamente de la profundidad de flujo y su variación se muestra en la siguiente figura:
  7. 7. CURVA DE ENERGÍA ESPECIFICA PARA Q CONSTANTE
  8. 8. CANTIDAD DE MOVIMIENTO Sea el flujo estacionario de un fluido incomprensible en un canal abierto, como muestra la figura. Aplicando la ecuación de balance de cantidad de movimiento proyectada según la dirección del flujo, se obtiene como fue presentado en el tema I la siguiente ecuación
  9. 9. Donde β1 y β2 son los coeficientes de Boussinesq en ambas secciones; Ftotal las fuerzas externas actuantes sobre el volumen de control elegido; Ptapa1 y Ptapa2 son las resultantes de las presiones sobre las dos secciones; W.senθ es la componente en la dirección del flujo del peso encerrado en el volumen de control; Ff es la fuerza total externa de fricción (tensión de corte) actuando a lo largo de la superficie de contacto entre el agua y el canal. Si se supone que: • la pendiente del canal es pequeña o nula (canal de pendiente horizontal), entonces senθ = 0 y cosθ = 1 • Distribución uniforme de las velocidades en la sección: β1 = β2 = 1 • Las secciones 1 y 2 están lo suficientemente próximas como para despreciar los efectos de la tensión de corte.
  10. 10. La ecuación anterior se reduce a: Donde Y marca la posición del baricentro de la sección medida desde la superficie libre Es así que se define la ecuación de cantidad de movimiento especifico, o momentum o fuerza especifica como Obsérvese que esta función M tiene dimensiones L3 o sea de fuerza por unidad de peso. El valor de y para canales de sección rectangular es y/2, en tanto para el caso de canales de sección trapezoidal, la figura anexa facilita su calculo:
  11. 11. El flujo en canales abierto puede clasificarse en muchos tipos y distribuirse de diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio en la profundidad del flujo con respecto al tiempo y al espacio. • FLUJO PERMANENTE Y NO PERMANENTE: tiempo como criterio. Se dice que el flujo en un canal abierto es permanente si la profundidad del flujo no cambia o puede suponerse constante durante el intervalo de tiempo en consideración. • EL FLUJO ES NO PERMANENTE: si la profundidad no cambia con el tiempo. En la mayor parte de canales abiertos es necesario estudiar el comportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo el cambio en la condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarse como no permante, el nivel de flujo cambia de manera instantánea a medida que las ondas pasan y el elemento tiempo se vuelve de vital importancia para el diseño de estructuras de control. Para cualquier flujo, el caudal Q en una sección del canal se expresa por Q=VA. Donde V es la velocidad media y A es el área de la sección transversal de flujo perpendicular a la dirección de este, debido a que la velocidad media esta definida como el caudal divido por el área de la sección transversal.
  12. 12. • FLUJO UNIFORME Y FLUJO VARIADO: espacio como criterio. Se dice que el flujo en canales abiertos es uniforme si la profundidad del flujo es la misma en cada sección del canal. Un flujo UNIFORME puede ser permanente o no permanente, según cambie o no la profundidad con respecto al tiempo. El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de tiempo bajo consideración. El establecimiento de un flujo uniforme no permanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal. • El flujo es VARIADO: Si la profundidad de flujo cambia a lo largo del canal. El flujo VARIADO PUEDE SER PERMANENTE O NO PERMANENTE es poco frecuente, el termino "FLUJO NO PERMANENTE" se utilizara de aquí en adelante para designar exclusivamente el flujo variado no permanente.
  13. 13. El flujo variado puede clasificarse además como rápidamente varia o gradualmente variado: El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distancias compartidamente cortas; de otro modo, es gradualmente variado. Un flujo rápidamente variado también se conoce como fenómeno local; algunos ejemplos son el resalto hidráulico y la caída hidráulica. • A.- flujo permanente • 1) flujo uniforme • 2) flujo variado • a) flujo gradualmente variado • b) flujo rápidamente variado • B.- flujo no permanente • 1) flujo uniforme no permanente "raro" • 2) flujo no permanente (es decir, flujo variado no permanente) • a) flujo gradualmente variado no permanente • b) flujo rápidamente variado no permanente
  14. 14. FORMULAS PARA CALCULAR LOS NIVELES DE FLUJO QUE SE DAN DENTRO DE UN CANAL MANING – CHEZY –KUTTER -BAZIN
  15. 15. FORMULA DE MANNING Robert Manning, ingeniero Irlandes, propuso en 1989 el siguiente valor Si introducimpos este valor en la ecuación de Chezy obtenemos: Esta formula es la mas utilizada en la actualizada y es muy adecuada para régimen turbulento, el coeficiente n esta tabulado según el material de revestimiento del canal.
  16. 16. FORMULA DE CHEZY
  17. 17. FORMULA GANGUILLET Y KUTTER Siendo n el coeficiente de manning
  18. 18. FORMULA DE BAZIN El coeficiente ϒ depende de la naturaleza de las paredes según la siguiente tabla:

×