Sistemas de medicion y distribucion de flujos.

1. Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión Barinas
Barinas, Edo, Barinas
Bachiller:
Tablante Solimar
C.I: 22,980,662
Sección Z1 Escuela
45
Barinas, Agosto 2017
SISTEMAS DE MEDICION Y
DISTRIBUCION DE FLUJOS.

2. ESTUDIO DEL FLUJO CRITICO
Este tipo de flujo presenta una combinación de fuerzas inerciales y
gravitacionales que lo hacen inestable, convirtiéndolo en cierta manera en un
estado intermedio y cambiante entre los otros dos tipos de flujo. Debido a esto
es bastante inaceptable y poco recomendable, usarlo en el diseño de
estructuras hidráulicas. Para éste tipo de flujo el número de Froude es igual a 1
y en esta condición no se generan resaltos hidráulicos (disipadores de
energía).

3. RESALTO HIDRÁULICO
El resalto o salto hidráulico es un
fenómeno local, que se presenta en el flujo
rápidamente variado, el cual va siempre
acompañado por un aumento súbito del
tirante y una pérdida de energía bastante
considerable (disipada principalmente como
calor), en un tramo relativamente corto.
Ocurre en el paso brusco de régimen
supercrítico (rápido) a régimen subcrítico
(lento), es decir, en el resalto hidráulico el
tirante, en un corto tramo, cambia de un valor
inferior al crítico a otro superior a éste.
Generalmente, el resalto se forma
cuando en una corriente rápida existe
algún obstáculo o un cambio brusco
de pendiente. Esto sucede al pie de
estructuras hidráulicas tales como
vertederos de demasías, rápidas,
salidas de compuertas con descarga
por el fondo, etc,

4. CLASIFICACIÓN DE RESALTOS
Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of
Reclamation, de la siguiente forma, en función del número de Froude del flujo aguas arriba del
salto (los límites indicados no marcan cortes nítidos, sino que se superponen en una cierta
extensión dependiendo de las condiciones locales):
 Para F1 = 1,0: el flujo es crítico, y no se forma ningún salto.
 Para F1 > 1,0 y < 1,7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es
llamado salto ondular.
 Para F1 > 1,7 y < 2,5: tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de
pequeños rollos a lo largo del salto y una superficie lisa aguas abajo del salto. La pérdida de
energía es baja.
 Para F1 > 2,5 y < 4,5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante
entrando al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación
produce una gran onda de período irregular que puede viajar varios kilómetros causando
daños aguas abajo en bancos de tierra y márgenes.
 Para F1 > 4,5 y < 9,0: se produce un salto llamado salto permanente. La extremidad aguas
abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar
el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción y posición de este salto
son menos sensibles a la variación en la profundidad aguas abajo. El salto está bien
balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y
el 70 %.
 Para F1 = 9,0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte. El chorro de alta velocidad
choca con bloques de agua intermitentes que ciruclan aguas abajo, generando ondas aguas
abajo, y puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al
85 %.

5. ESTUDIO DEL FLUJO UNIFORME EN CANALES
Se considera que el flujo uniforme tiene las siguientes características principales:
 La profundidad, el área mojada, la velocidad y el caudal en cada sección del canal son
constantes.
 La línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos, es decir,
sus pendientes son todas iguales Sf = Sw = So = S, donde Sf es la pendiente de la línea
de energía, Swes la pendiente del agua y So es la pendiente del fondo del canal.
 Cuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que
fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes
de las fuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del
movimiento (figura 1). Un flujo uniforme se alcanzará si la resistencia se equilibra con las
fuerzas gravitacionales. La profundidad del flujo uniforme se conoce como profundidad
normal.

6. ECUACIONES DE MANNING, CHEZY, BAZIN
La ecuación de Manning
En 1889 el ingeniero irlandés Robert Manning presentó una ecuación, la
cual modificó más adelante hasta llegar a su conocida forma actual
donde V es la velocidad media, R es el radio hidráulico, S es la pendiente de la línea
de energía y n es el coeficiente de rugosidad, específicamente conocido como n de
Manning. Esta ecuación fue desarrollada a partir de siete ecuaciones diferentes,
basada en los datos experimentales de Bazin y además verificada mediante 170
observaciones. Debido a la simplicidad de su forma y los resultados satisfactorios que
arroja en aplicaciones prácticas, la ecuación de Manning se ha convertido en la más
utilizada de todas las ecuaciones de flujo uniforme para cálculos en canales abiertos.

7. La ecuación de Chézy
En 1769 el ingeniero francés Antoine Chézy desarrolla probablemente la primera ecuación
de flujo uniforme, la famosa ecuación de Chézy, que a menudo se expresa como
donde V es la velocidad media, R es el radio hidráulico, S es la pendiente de la línea de
energía y C es un factor de la resistencia al flujo, conocido como C de Chézy.
La ecuación de Chézy puede deducirse matemáticamente a partir de dos suposiciones.
La primera suposición fue hecha por Chézy. Ésta establece que la fuerza que resiste el
flujo por unidad de área del lecho de la corriente es proporcional al cuadrado de la
velocidad, es decir, esta fuerza es igual a KV2, donde K es una constante de
proporcionalidad. La superficie de contacto del flujo con el lecho de la corriente es igual al
producto del perímetro mojado y la longitud del tramo del canal o PL (figura 1). Entonces
la fuerza total que resiste al flujo es igual a KV2PL.
La segunda suposición es el principio básico de flujo uniforme, el cual se cree que fue
establecido por primera vez por Brahms en 1754. Ésta establece que en el flujo uniforme
la componente efectiva de la fuerza gravitacional que causa el flujo debe ser igual a la
fuerza total de resistencia. La componente efectiva de la fuerza gravitacional (figura 1) es
paralela al fondo del canal e igual a wALsenq =wALS, donde w es el peso unitario del
agua, A es el área mojada, q es el ángulo de la pendiente y S es la pendiente del canal.
Entonces, wALS=KV2PL; como A/P=R, y si el radical se reemplaza por un factor C, la
ecuación anterior se reduce a la ecuación de Chézy o .

9. RUGOSIDAD Y VELOCIDADES PERMISIBLES.
Rugosidad.- Esta depende del cauce y el talud, dado a las paredes laterales del
mismo, vegetación, irregularidad y trazado del canal, radio hidráulico y obstrucciones en el
canal, generalmente cuando se diseña canales en tierra se supone que el canal está
recientemente abierto, limpio y con un trazado uniforme, sin embargo el valor de rugosidad
inicialmente asumido difícilmente se conservará con el tiempo, lo que quiere decir que en al
práctica constantemente se hará frente a un continuo cambio de la rugosidad. La siguiente
tabla nos da valores de "n" estimados, estos valores pueden ser refutados
con investigaciones y manuales, sin embargo no dejan de ser una referencia para el diseño.

10. Velocidades máxima y mínima permisible.- La velocidad mínima permisible
es aquella velocidad que no permite sedimentación, este valor es muy variable y no
puede ser determinado con exactitud, cuando el agua fluye sin limo este valor carece
de importancia, pero la baja velocidad favorece el crecimiento de las plantas, en
canales de tierra, da el valor de 0.762 m/seg. Como la velocidad apropiada que no
permite sedimentación y además impide el crecimiento de plantas en el canal.