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HIDRULICA COMPUTACIONAL

TRABAJO DE INVESTIGACION DE HIDROLOGIA COMPUTCIONAL

ESTUDIANTE: ARIEL WILFREDO RIOS GONZALES

DOCENTE: ING. VIANNEY VEGA LOPEZ

FACULTAD: CIENCIAS INTEGRADAS DEL GRAN CHACO U.A.J.M.S

CARRERA: INGENIERIA EN RECURSOS HIDRICOS

Propiedades físicas de un canal U.A.J.M.S

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Un canal abierto es un conducto en el cual el agua fluye a superficie libre. De acuerdo con su origen un canal s puede clasificar en natural y artificial. Los canales naturales son todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en montañas, hasta quebradas, arroyos ríos pequeños y grandes, y santuarios de mareas. A diferencia de los anteriores los canales artificiales son obras de infraestructura hechos por el hombre los cuales son destinados para un fin en específico, como los canales de navegación o canales de plantas hidroeléctricas, las propiedades de estos pueden ser medidas de una manera más precisa debido a que estos están desarrollados por la mano del hombre. Las siguientes características físico-hidráulicas son las que presenta un canal abierto en función del flujo que transporta y de la sección geométrica del canal. a) Tirante, y. Es la distancia perpendicular a la plantilla, medida desde el punto más bajo de la sección hasta la superficie libre del agua. Es decir, es normal a la coordenada X. se designa por h a la distancia vertical desde la superficie al punto más bajo de la sección, es decir, a la profundidad de dicho punto, satisface la relación: y=h*cosθ b) Tirantenormal, d. Es la profundidad del fluido normal a la dirección del flujo. En un canal con una pendiente θ, el tirante hidraulico es igual al tirante hidraulico normal dividido por cos• θ. c) Ancho superficial, T ó B. Es el ancho del canal, medido al nivel de la superficie libre. d) Area hidráulica, A. Es el área A ocupada por el flujo en la sección del canal. e) Perímetro mojado, P. Es la longitud P de la línea de contacto entre el agua y las paredes del canal, es decir no incluye a la superficie libre. h) Radio hidraulico, R. Es la relación entre el area hidraulica y su perímetro mojado: R=AP g) Tirante hidraulico, D. Es la relación entre el area hidraulica de la sección y el ancho superficial: D=AT h) Factor de sección, Z. Es el producto del area hidraulica y la raíz cuadrada del Tirante hidraulico: Z=AD=AAT ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UN CANAL Flujo uniforme y permanente Flujo uniforme U.A.J.M.S

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Es el flujo que se da en un canal recto, con sección y pendiente constante, a una distancia considerable (20 a 30 veces la profundidad del agua en el canal) de un punto singular, es decir un punto donde hay una mudanza de sección transversal ya sea de forma o de rugosidad, un cambio de pendiente o una variación en el caudal. En el tramo considerado, se las funciones arriba mencionadas asumen la forma: V = fv(x) = Constante Q =fq(x) = Constante h = fh(x) = Constante Flujo permanente Un flujo permanente es aquel en el que las propiedades fluidas permanecen constantes en el tiempo, aunque pueden no ser constantes en el espacio. Las características del flujo, como son: Velocidad (V), Caudal (Q), y Calado (h), son independientes del tiempo, si bien pueden variar a lo largo del canal, siendo x la abscisa de una sección genérica, se tiene que: V = fv(x) Q = fq(x) h = fh(x) VOLUMEN DE CONTROL CON FLUJO UNIFORME El flujo uniforme permanente se puede calcular con la siguiente fórmula: Q=AnR23S12 Donde: Q= Gasto, m3/s A= Area hidraulica, m2 R= Radio hidraulico S= Pendiente del canal n= Coeficiente de rugosidad Distribución de Velocidades en una Sección de Canal Debido a la presencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo de las paredes del canal, las velocidades no están uniformemente distribuidas en su sección. Para el estudio de la distribución de las velocidades se consideran dos secciones: a) Sección transversal: La resistencia ofrecida por las paredes y por el fondo del canal, reduce la velocidad. En la superficie libre, la resistencia ofrecida por la atmósfera y por el viento (aunque este último tiene muy poco efecto) también influye sobre la velocidad. b) Sección longitudinal: En la siguiente figura se muestra la variación de la velocidad en las verticales (1), (2) y (3), indicadas anteriormente. Considerándose la velocidad media en determinada sección como igual a 1.0, se puede trazar el diagrama de variación de la velocidad con la profundidad.

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Métodos de aforo de canales abiertos Existen varios metod0os de aforo de corrientes entre los cuales se encuentran métodos volumétricos y los métodos de velocidad y superficie, algunos de esos métodos de aforo se mencionan a continuación. Vertedores Este método se realiza a través de vertedores y solo es practico en corrientes o canales cuyo gasto se pueda considerar pequeño. Considerando las características del canal o la corriente a aforar las relaciones de los vertedores se mencionan a continuación. Dilución Este método consiste en el uso de sustancias que se diluyen en el agua los cuales se vierten en el canal o la corriente y al finalizar la sección de control que se esté considerando se mide la concentración de la sustancia que se vertieron. Y el tiempo que tardaron en recorrer la sección. Inmígralo Este método es determinando una sección transversal de una corriente o canal y por medio de unlinmígrafo mide el gasto en función de un tirante determinado en una estación de control. El método de que se utiliza en la práctica es descrito tal y como se describe en la practica el cual sebasa en la medición de las velocidades por medio de un molinete.

CLASIFICACION DE LOS FLUJO El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujos son similares en diferentes en muchos aspectos, pero estos se diferencian en un aspecto importante. De acuerdo al número de Froude el flujo puede ser Flujo subcrítico si F < 1 Flujo Critico si F = 1 Flujo supercrítico si F > 1 Flujo Crítico: Cuando Froude vale uno o cuando la velocidad es igual que la raíz cuadrada de la gravedad por la profundidad. Flujo subcrítico: En el caso de flujo subcrítico, también denominado flujo lento, el nivel efectivo del agua en una sección determinada está condicionado al nivel dela sección aguas abajo. GRUPO 14 Flujo supercrítico: En el caso de flujo supercrítico, también denominado flujo veloz, el nivel del agua efectivo en una sección determinada está condicionado ala contorno situada aguas arriba. A.- flujo permanente

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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 EL FLUJO ES LAMINAR: si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega con un papel muy importante en determinar el comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o en líneas de corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre capas adyacentes. 1. suscritico-laminar 2.

súper critico-laminar

3.

subcritico-turbulento

4.

supercrítico-turbulento

CLASIFICACION DE FLUJOS DE FLUIDOS Se denomina FLUIDO a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restituidas tendentes a recuperar la forma "original“. Así entonces, un FLUJO es el estudio del movimiento de un fluido, involucrando las leyes del movimiento de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente y conducto por el cual fluyen. CLASIFICACIÓN DE FLUJOS El flujo de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, atendiendo diversas características y criterios de velocidad, espacio y tiempo. De acuerdo a la velocidad del flujo: • Flujo turbulento: 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. •Flujo laminar:

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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 láminas o capas más o menos paralelas entre sí.

2. De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo

Compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables. Incompresible Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo. 3. Por variación de velocidad con respecto al tiempo: Flujo permanente 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. Flujo no permanente: 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.

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5. Por magnitud y dirección de la velocidad del fluido: •Flujo Uniforme: Ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado. •Flujo no Uniforme Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad

. 5. Por efectos de vector velocidad Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante.

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Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante. •Flujo Unidimensional Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento •Flujo Bidimensional Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales. •Flujo Tridimensional El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso más general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t. Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles.

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