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FLUJO EN LAMINA LIBRE, ENERGÍA ESPECÍFICA Y RÉGIMEN CRÍTICO, CONCEPTOS…
FLUJO EN LAMINA LIBRE
ENERGÍA ESPECÍFICA Y RÉGIMEN CRÍTICO
Régimen crítico en sección rectangular
Fórmula: Q² / (B g yC³) =
Velocidad crítica: vC = ?(g yC)
Curvas de Koch
Condición de caudal máximo para H0 constante:
q = y² ?(2gH0 -y)
Análisis de la curva y-H0 para q variable
Régimen crítico
Condición de régimen crítico: Q² / (B g S³) = 1
Características
F = 1 (número de Froude)
Calado crítico
Sección crítica
Definición: Situación de H0 mínima para Q dado
Energía específica crítica (H0 mínima): H0C = 3/2 yC
Curva de energía específica
Propiedades
Si H0 > H0C, el flujo es factible y existen dos calados posibles para esa combinación (q, H0)
Si H0 < H0C, el flujo es imposible
H0C es la mínima energía específica necesaria para que el flujo sea factible
Comportamiento para "q" variable
El valor mínimo de energía necesario para que un caudal pueda fluir es creciente con el valor del caudal
Variación de H0 con y para caudal constante
Pendiente hidráulica
Pendiente del fondo del canal
Tipos
Pendiente suave: régimen lento
Pendiente fuerte: régimen rápido
Pendiente crítica: régimen crítico
Energía específica
Fórmula: H0 = y + Q² / (2gB²y²)
Definición: Energía del flujo referidaa la solera del canal (zS=0)
Unidades: metros (m)
Interpretación de fenómenos locales
Análisis de la energía y el flujo en cada caso
Casos
Gran umbral en solera con régimen de aproximación lento
Pequeño estrechamiento con régimen de aproximación lento
Gran estrechamiento con régimen de aproximación lento
Pequeño umbral en solera con régimen de aproximación lento
Cambios de régimen de flujo
DE régimen lento a régimen rápido:
se pasa por el crítico
DE régimen rápido a régimen lento:
se tiene un resalto hidráulico
CONCEPTOS PRELIMINARES DE FLUJO EN LÁMINA LIBRE
Distribución de velocidades en la sección transversal.
Perfil de velocidad
Velocidad media en la sección
Distribución de presiones en la sección transversal
Distribución hidrostática
Flujo paralelo
Clasificación espacio-temporal del flujo
Criterio espacial
Uniforme
Variado
Criterio temporal
Estacionario
Transitorio
Energía del flujo en lámina libre.
Energía en un punto cualquiera Energía en un punto cualquiera
Energía en promedio en la sección transversal
Características gemétrico-hidráulicos de la sección transversal
Parámetros geométricos
Solero
Coronación
Cajero
Ancho de la base
Altura de cajeros
Factor de talud
Parámetros hidráulicos
Perímetro mojado
Ancho libre
Sección mojada
Radio hidráulico
Capacidad de fluir
Resistencia a fluir
Tramo de canal prismático
Perfil longitudinal
Sección transversal
Tramo de traza rectilínea y pendiente longitudinal constante
Pendiente longitudinal
Calado del flujo
Calado de la sección mojada
Distancia entre el punto de menor cota de la solera y la superficie libre
Calado hidráulico
Calado promedio representativo del flujo en secciones trasnversales no rectangulares.
Tipos de régimen en flujos en lámina libre.
Influencia de la viscosidad
Laminar
Turbulento
Re (Reynolds number)
Transición
Influencia de la gravedad
Régimen lento o subcrítico
Régimen lento o subcrítico
F (Froude number)
Régimen crítico
RÉGIMEN UNIFORME
Ecuación de Manning
V=1/nRh^2/3*S^1/2
Formulas de resistencia
Cálculo empírico/semi-empírico
Calculo teórico
Capa limite
Pérdidas de energía
Continuas
(fricción en los solidos)
Localizadas
(turbulencia en fenómenos localizados)
Flujo turbulento
Establecimiento y Características
Distribución de velocidades constantes
Calado costante
Requisitos
Caudal costante
Pendiente longitudinal constante
Sección transversal invariable
Rectilíneo
Importancia
Sirve de apoyo para el análisis del flujo estacionario gradualmente variado.
Establece relaciones de pérdida de energía en un flujo de lámina libre.
RÉGIMEN GRADUALMENTE VARIADO
Curvas de remanso
Tipologías
En pendiente longitudinal horizontal
Horizontal (H)
En pendiente longitudinal positiva
Fuerte (F)
Crítica (C)
Suave (S)
En pendiente longitudinal adversa
Adversa (A)
Ecuación diferenciales
Ecuación general: dy/dx = (1/g)
(v^2 / (2
y)) * (1 - (I/I0))
Simplificaciones y aproximaciones
Análisis cualitativo
Determinación de formas típicas de curvas de remanso
Límites y crecimiento/decrecimiento
Régimen gradualmente variado
Caracteristicas
Pendiente motriz diferente a la geométrica.
CUrva de remanso: superficie libre del agua
El flujo varía gradualmente de sección a sección
Hipótesis
Pendiente geométrica pequeña
Cambios graduales en forma de sección,etc.
Flujo 1D
Curvatura suave de las líneas de corriente, flujo cuasi-paralelo
Distribución hidrostática de presiones
Canales y cauces de sección regular y traza
sensiblemente rectilínea
Distribución de: velocidades constante
Pendiente motriz (I) a partir del movimiento uniforme
Cálculo de las curvas de remanso
Método de las diferencias finitas
Método del paso directo
Ecuación general: dy/dx = (1/g)
(v^2 / (2
y)) * (1 - (I/I0))
Método del paso estándar