FLUJO GRADUALMENTE VARIADO INFORME DE LABORATORIO

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FECHA:

INGENIERIA CIVIL

HSLB+

102

JULIAN DAVID JAIMES RODRÍGUEZ

RAFAEL SITGES LEHOUCQ

ANDREA JOHANNA SOTELO BELLO

ING. DIEGO ANDRES GARCIA MENDIVELSO

BOGOTÁ D.C, COLOMBIA

27 DE OCTUBRE DE 2015

Tabla de contenido

1.  INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………….1
2. OBJETIVOS……………………………………………………………………………………………………...1
3. MARCO TEÓRICO……………………………………………………………………………………………...1
4. INSTRUMENTOS A UTILIZAR ………...……………………………………..………………………………5
5. ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN…………………………………………………………………………….6
6. PROCEDIMIENTO………………………………………………………………………………………………6
7. DATOS……………………………………………………………………………………………………………7
8. CÁLCULOS Y RESULTADOS…………………………………………………………………………………8
9. CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………...12
10. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………………………...13

Tablas de datos y graficas

1. Introducción

El flujo gradualmente variado es un fenómeno que se presenta cuando el tirante de un flujo varía a lo largo del canal con un caudal siempre constante, disminuyendo o incrementándose dependiendo del tipo de flujo que se presenta. Las causas que producen el flujo gradualmente variado pueden ser diversas, entre ellas pueden mencionarse a: cambios en la sección geométrica, cambios de la pendiente, cambios en la rugosidad de las paredes y/o fondos, curvas horizontales en el trazo, obstrucciones del área hidráulica, etc.

Fundamentalmente en los problemas relacionados con el flujo gradualmente variado, se desea calcular la distancia existente entre las dos profundidades determinadas; habiendo sido desarrollados diversos métodos de cálculo, en la presente práctica de laboratorio únicamente será presentada la solución de la ecuación diferencial de flujo variado mediante el método de Runge-Kutta, este método de cálculo depende de la geometría del canal, debiéndose hacer las consideraciones pertinentes.

En esta práctica se presenta inicialmente una tabla para cada tipo de perfil con el fin de observarlos y contrarrestar lo observado con lo teórico y en segundo lugar se quiere llevar a cabo la simulación de varios perfiles que se presentan. Después de lograr visualizar estos perfiles, se procede a comprobar su comportamiento y con un programa especializado se busca encontrar el valor de la rugosidad de Manning, con la intención de comprobar todos los datos obtenidos en la práctica con los teóricos. Teniendo en cuenta el menor error posible.

2. Objetivos

• Encontrar las condiciones y poderlas reproducir para poder observar y realizar el perfil en cada uno de los estados propuestos.

• Entender el comportamiento del flujo gradualmente variado y la influencia de los controles que lo generan. Aplicar modelos matemáticos desarrollados para el cálculo de perfiles de flujo gradualmente variado, contrastándolos con las mediciones realizadas en el laboratorio.

• Encontrar las características propias para cada una de los perfiles y así poderlos clasificar, dependiendo de su pendiente y de la longitud de canal que se utilice.

3. Marco Teórico

Introducción

En el análisis de flujo en canales abiertos es necesario predecir el comportamiento de los perfiles de la lámina de agua. Esto se puede hacer con un análisis del comportamiento de la pendiente de la superficie del agua en función de las variables geométricas e hidráulicas del flujo.

Un flujo gradualmente variado se puede definir como un flujo permanente y no uniforme que sufre variaciones relativamente leves de la profundidad de la lámina de agua en pequeñas distancias, producidas por el rozamiento  del fluido con los contornos solidos que lo contienen. De la misma manera es indispensable establecer un flujo en el que las líneas de corriente son  paralelas y por tanto se puede suponer que la distribución de presiones  la profundidad del flujo es hidrostática.

PENDIENTES SUBCRÍTICA, CRÍTICA Y SUPERCRÍTICA

Para facilitar el análisis del flujo gradualmente se puede establecer que un canal tiene una pendiente moderada, subcrítica o suave cuando al desarrollarse flujo uniforme el flujo es subcrítico; esta misma condición de flujo se cumple cuando el fondo del canal es horizontal, es decir, pendiente nula, o cuando la pendiente es adversa; el canal tendrá una pendiente supercrítica, fuerte o pronunciada cuando el flujo uniforme sea supercrítico; la pendiente en el canal será crítica cuando el flujo uniforme sea crítico. Si Yn es la Profundidad normal o Profundidad de flujo uniforme y Yc la profundidad critica o profundad con flujo crítico, se pueden establecer las siguientes consideraciones:        

• Si Yn>Yc la pendiente del canal puede ser suave o modera So

•  Si Yn>Yc la pendiente del canal puede ser horizontal y So

• Si Yn>Yc la pendiente del canal puede ser adversa  So

• SI Yn>Yc la pendiente del canal es fuerte o supercrítica So

• SI Yn=Yc la pendiente del canal es crítica y So =Sc.

FLUJOS SUBNORMAL, NORMAL Y SUPERNORMAL

Los flujos con una profundidad dada en un canal pueden clasificarse en subnormales, normales o supernormales si la pendiente de fricción Sf es menor, igual o mayor que la pendiente del fondo del canal, So respectivamente; la pendiente de fricción en un canal prismático, Sf = dhf/dl en una sección cualquiera, se puede estimar, por ejemplo, mediante la fórmula de Maninng o la fórmula de Chézy.

En otras palabras, un flujo es subnormal cuando la pendiente de; fondo del canal es mayor que la pendiente de fricción y en consecuencia la energía especifica se incrementa en la dirección del flujo. Por otra parte cuando la pendiente del fondo del canal es menor que la pendiente de fricción el flujo es supernormal y la energía específica decrece en la dirección del movimiento por lo tanto, tal como se presenta en la figura en la dirección aguas abajo del flujo la profundidad del flujo diverge de la profundidad crítica.

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