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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA JUAN MISAEL SARACHO FACULTAD DE CIENCIAS INTEGRADAS DEL GRAN CHACO CARRERA DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL

PRACTICO N°

UNIVERSITARIA: BELEN PATRICIA LEMA DOCENTE: ING. MARCELA HOYOS MATERIA: SISTEMA DE ABASTECIMIEENTO DE AGUA POTABLE FECHA DE PRESENTACION: 01 DE OCTUBRE DE 2018

1. Concepto de flujo permanente no permanente uniforme variado rápidamente variado laminar y turbulento

Flujo permanente: Llamado también flujo estacionario. Este tipo de flujo se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. Así mismo en cualquier punto de un flujo permanente, no existen cambios en la densidad, presión o temperatura con el tiempo, es decir:

Dado al movimiento errático de las partículas de un fluido, siempre existe pequeñas fluctuaciones en las propiedades de un fluido en un punto, cuando se tiene flujo turbulento. Para tener en cuenta estas fluctuaciones se debe generalizar la definición de flujo permanente según el parámetro de interés, así:

donde: Nt: es el parámetro velocidad, densidad, temperatura, etc. El flujo permanente es mas simple de analizar que el no permanente, por la complejidad que le adiciona el tiempo como variable independiente.

Flujo no permanente: Llamado también flujo no estacionario. En este tipo de flujo en general las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente, es decir:

donde: N: parámetro a analizar. El flujo puede ser permanente o no, de acuerdo con el observador.

Flujo uniforme: Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:

Donde el tiempo se mantiene constante y s es un desplazamiento en cualquier dirección. Flujo variado: El flujo gradualmente variado, es un flujo permanente cuya profundidad varía de manera gradual a lo largo del canal. Se tendrán en cuenta las siguientes hipótesis: La pérdida de altura en una sección es igual que la de un flujo uniforme con las mismas características de velocidad y radio hidráulico. La pendiente del canal es pequeña (<10%). Esto quiere decir que la profundidad del flujo puede medirse verticalmente o perpendicularmente al fondo del canal y no se requiere hacer corrección por presión ni por arrastre del aire. El canal es prismático. Los coeficientes de distribución de la velocidad y el de rugosidad son constantes en el tramo considerado. FLUJO RAPIDAMENTE VARIADO flujo gradualmente variado es un fenómeno que se presenta cuando el tirante de un flujo varía a lo largo del canal con un gasto siempre constante, disminuyendo o incrementándose dependiendo del tipo de flujo que se presenta, ya sea flujo gradualmente acelerado (abatimiento) o flujo gradualmente retardado (remanso). 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 dos tirantes dados o los tirantes extremos entre una distancia determinada; 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-KuttaSimpson de cuarto grado (para el cálculo de tirantes dada una distancia). En estos métodos el cálculo depende de la geometría del canal, debiéndose hacer las consideraciones pertinentes. Es necesario mencionar que la aplicación de los métodos es indistinto, pudiendo ser aplicado en el sentido del flujo o en sentido contrario al mismo. Básicamente la única dificultad de los métodos radica en el hecho de que es necesario realizar un gran número de cálculos iterativos para obtener resultados confiables. Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de laminas o capas mas o menos paralelas entre si, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas. La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar:

Esta ley establece la relación existente entre el esfuerzo cortante y la rapidez de deformación angular. La acción de la viscosidad puede amortiguar cualquier tendencia turbulenta que pueda ocurrir en el flujo laminar. En situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad, alta velocidad o grandes caudales, el flujo laminar no es estable, lo que hace que se transforme en flujo turbulento.

Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que mas se presenta en la practica de ingeniería. En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido, ocasionando la transferencia de cantidad de movimiento de una porción de fluido a otra, de modo similar a la transferencia de cantidad de movimiento molecular pero a una escala mayor.

En este tipo de flujo, las partículas del fluido pueden tener tamaños que van desde muy pequeñas, del orden de unos cuantos millares de moléculas, hasta las muy grandes, del orden de millares de pies cúbicos en un gran remolino dentro de un río o en una ráfaga de viento. Cuando se compara un flujo turbulento con uno que no lo es, en igualdad de condiciones, se puede encontrar que en la turbulencia se desarrollan mayores esfuerzos cortantes en los fluidos, al igual que las pérdidas de energía mecánica, que a su vez varían con la primera potencia de la velocidad.

2. Concepto de energía en flujo cinemático potencial y de presión EL FLUJO DE LA ENERGIA Un ecosistema es uno de los «métodos» de este planeta que sirve para captar energía, y para utilizarla en las reacciones químicas de los seres vivientes.

Gracias a esta energía, los organismos viven; es decir, son capaces de desarrollar todas las reacciones químicas que intervienen en las funciones de relación, reproducción, nutrición...

Se dice que la energía fluye entre los seres vivos de un ecosistema porque se reutiliza una vez que alguno de aquellos la ha usado en sus reacciones químicas. Cuando esto sucede, la energía se degrada, pierde utilidad, transformándose en calor. la energía cinética? La energía cinética es aquella energía que posee un cuerpo o sistema debido a su movimiento. La física la define como la cantidad de trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada y en posición de reposo, hasta alcanzar una velocidad determinada. Una vez alcanzado dicho punto, según la Ley de la inercia, la cantidad de energía cinética acumulada permanecerá idéntica a menos que ocurra un cambio de velocidad o que el cuerpo vuelva a su estado de reposo, tras sufrir un trabajo negativo de la misma magnitud. ENERGIA POTENCIA La Energía Potencial es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo de acuerdo a la configuración que ostente en el sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí, es decir, la energía potencial es la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición de un cuerpo. A la misma puede considerársela como la energía almacenada en el sistema o la medida de un trabajo que el sistema puede ofrecer. Cuando un cuerpo es levantado a una determinada altura adquiere lo que se conoce como energía potencial gravitacional; una vez que cae el cuerpo esa energía potencial se transformará de

inmediato en energía cinética. Por ejemplo, los carros de una montaña rusa logran la energía potencial gravitacional en la parte más alta de su recorrido, una vez que comienzan a descender a la anterior energía se la convierte en cinética, como decíamos. A la energía potencial de alguna manera se la reconoce como una magnitud escalar que se asocia a un campo de de fuerzas. La diferencia entre los valores de campo de un punto A respecto a un punto B será igual al trabajo que realiza la fuerza para realizar un recorrido entre A y B. ENERGIA PRESION presión se define como fuerza por unidad de área. Para describir la influencia sobre el comportamiento de un fluido, usualmente es mas conveniente usar la presión que la fuerza. La unidad estándar de presión es el Pascal, el cual es un Newton por metro cuadrado. Para un objeto descansando sobre una superficie, la fuerza que presiona sobre la superficie es el peso del objeto, pero en distintas orientaciones, podría tener un área de contacto con la superficie diferente y de esta forma ejercer diferente presión. 3. Concepto de resaltó hidráulico flujo critico supercritico y subcritico RESALTO HIDRAULICO Es el fenómeno en el cual una corriente líquida de gran velocidad en flujo supercrítico, bajo ciertas condiciones, pasa a un flujo subcrítico con una brusca elevación de la superficie libre. - Es el cambio que se dá súbitamente bajo condiciones apropiadas, de una corriente que fluye rápidamente en un canal abierto a una corriente que fluye despacio con un área de sección transversal mayor y una elevación súbita en el nivel de la superficie del líquido. Bajo ciertas condiciones, una corriente líquida de gran velocidad en flujo supercrítico, en un canal abierto pasa a flujo subcrítico con una brusca elevación de la superficie líquida. En efecto, la corriente de gran velocidad se expansiona y convierte su energía cinética en térmica y potencial. Las perdidas de energía son mayores a medida que la altura del salto es mayor. La distancia que hay desde la cara frontal del salto hasta un punto inmediato sobre la superficie del flujo aguas abajo de la ola asociada con el salto, se denomina longitud del salto hidráulico. En la zona donde se forma el resalto su produce una macro turbulencia y un arrastre de aire hacia el interior de la masa líquida, estas propiedades son aprovechadas para mezclar productos químicos usados en la purificación del agua y para airearla cuando va a usarse en abastecimiento urbano. La distribución de velocidades aguas abajo del resalto no es uniforme, existiendo una mayor velocidad cerca del fondo del canal; en consecuencia, los coeficientes de corrección de velocidad y momentum están lejos de la unidad, obteniéndose resultados ligeramente diferentes a los obtenidos mediante análisis teóricos.

En cada punto de la superficie libre del remolino que cubre el salto, el nivel oscila rápidamente; pero el termino medio de ese nivel puede ser considerado constante; ese nivel medio es el que determina la altura de presión sobre el fondo del canal, especialmente si la pendiente es pequeña. Flujo crítico 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). Flujo supercrítico En este tipo de flujo las fuerzas inerciales presentan una influencia mucho mayor que las fuerzas gravitacionales. Además de esto, el flujo se presenta a velocidades y pendientes altas, y a profundidades más pequeñas. Cuando existe un flujo de este tipo en un canal un aumento en la cantidad de energía provoca una disminución de la profundidad de la lámina de agua. El número de Froude, en este caso, es mayor a 1. Este estado de flujo propicia la formación de resaltos hidráulicos; estos aumentan su capacidad de disipación de energía en ciertos intervalos, alcanzando la mayor capacidad para flujos con Froude mayores a 9. Flujo subcrítico Para este régimen de flujo las fuerzas inerciales son sobrepasadas en importancia por las gravitacionales; en el flujo se tienen velocidades y pendientes bajas, pero las profundidades de la lámina del agua, por el contrario, son mayores que las que se presentan en el flujo supercrítico. Para este tipo de flujo un aumento en la energía se traduce en un aumento en la profundidad de la lámina de agua. El número de Froude en este estado es menor a 1. Para calcular el número de Froude y determinar el estado en que se encuentra el flujo se usa la siguiente relación: {\displaystyle F={\dfrac {v}{\sqrt {g\cdot D_{H}}}}}

En ella se relaciona la velocidad {\displaystyle v}

profundidad hidráulica {\displaystyle D_{H}} el ancho de la superficie del canal.

, gravedad {\displaystyle g}

y la