Secciones de control hidráulicas

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PRÁCTICA Nº 5: SECCIÓN DE CONTROL (Tirante crítico)                              Prerrequisito, Cuestionario 5

Eder Yair Moreno Servin

Cesar Martínez Macias

Emilio Alejandro Rodríguez Arana

1. ¿Qué leyes rigen el comportamiento de los flujos en canales abiertos y cuáles son sus ecuaciones?

El flujo en un canal abierto se refiere al flujo de un líquido en canales abiertos respecto a la atmósfera o en un conducto parcialmente lleno y se caracteriza por la presencia de una interfase líquido-gas, llamada superficie libre.

En un canal abierto, la velocidad del flujo es cero sobre las superficies laterales y en el fondo del canal debido a la condición de no deslizamiento.

1. Explique ampliamente el concepto de energía total en una sección y diga qué parte define a la energía específica.

La energía total de cualquier línea de corriente que pasa a través de una sección se define como la suma de las energías de posición, más la de presión y más la de velocidad (figura 1), es decir:

Energía total = Energía de posición + Energía de presión + Energía de velocidad

Figura 1. Diagramas de energía total y especifica de un canal abierto.

De acuerdo con el principio de conservación de energía, la altura de energía total en la sección (1) localizada aguas arriba debe ser igual a la altura de energía en la sección (2) localizada aguas abajo.

En el caso de un fluido ideal, la energía E en (1) es igual a la energía en (2). Para el caso de un fluido real hay una pérdida de energía entre (1) y (2).

Ahora, si esta energía es dividida entre el peso del fluido que transporta el canal, se obtiene la energía por peso de agua en cualquier sección del canal con respecto al fondo del mismo, la cual es conocida como “energía específica”.

La energía específica de una sección de un canal puede ser expresada como:

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donde:

d = profundidad a partir de la superficie libre de líquido o espejo (SSL) hasta la plantilla o fondo del canal.

θ = Ángulo medido a partir de la pendiente del canal respecto a la horizontal.

Esta energía para un canal con pendiente pequeña (θ≈0) puede ser expresada como:

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1. Haga una interpretación de la curva de energía específica.

La curva de energía específica presenta dos ramas AC y BC (figura 2). La parte AC se aproxima al eje horizontal, asintóticamente hacia la derecha, mientras que la parte BC se aproxima asintóticamente a la línea OD que pasa por el origen y que tiene un ángulo de inclinación de 45° para un canal de pendiente pequeña. La curva muestra que, para una determinada energía específica, existen dos valores de la profundidad (profundidades alternas). El punto C es un punto de inflexión, para el cual la energía específica es mínima y existe una profundidad única (profundidad crítica yc), al igual que una velocidad del flujo crítica, vc.

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Figura 2. Curva de energía especifica de un canal abierto.

Cuando la profundidad del flujo es mayor que yc, la velocidad del flujo es menor que vc, y en estas condiciones el flujo se encuentra en régimen subcrítico. Cuando la profundidad del flujo es menor que yc, la velocidad del flujo es mayor que vc, y el flujo se encuentra en estado o régimen supercrítico. Al aumentar el caudal del flujo en el canal, la energía específica aumenta también, y las curvas E vs. Y se desplazan hacia la derecha.

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