ENERGIA
ESPECIFICA
M.Sc. Freddy M. Franco Alvarado
Profesor del Curso
UNIVERSIDAD NACIONAL
SAN LUIS GONZAGA DE ICA
Facultad de Ingeniería Civil
Definición Es la energía de la corriente en una sección determinada de un
canal, es igual a la suma del tirante, la energía de velocidad y la
elevación del fondo con respecto a un nivel de referencia arbitrario.
Queda establecida por la siguiente relación:
E = ( V2 / 2g ) + y + z
Donde:
E - Energía de corriente líquida
- Coeficiente de Coriolis
V - Velocidad media
g - Aceleración de la gravedad
y - Tirante
z - Altura desde el nivel de referencia (N.R.)
Gráficamente seria:
ENERGIA ESPECIFICA A GASTO CONSTANTE
Para una mejor explicación nos auxiliaremos con el siguiente gráfico:
Del grafico anterior tenemos:
Si V = Q / A
E = y + Q2 / (2 g A2) - Para graficar las abscisas
y - Para graficar las ordenadas
Es una curva asintótica a la recta de 45º, se observa
que hay dos valores de “y” para un valor dado de E0.
Se observa asimismo un valor mínimo Em, para que
suceda el tirante critico.
TIRANTE CRITICO Tiene como objetivo calcular la profundidad a la cual ocurre
el régimen critico. Cuando un escurrimiento se realiza con el
mínimo contenido de energía, se dice que está en condiciones
criticas.
Divide tres formas de escurrimiento en un gasto:
Torrencial - Si yn < yc - Supercritico
Critico - Si yn = yc - Critico
Tranquilo - Si yn > yc - Subcritico
Formas de Escurrimiento
La Ecuación general del flujo critico en cualquier sección
transversal es:
Q2 = A3 ó Q2 T = 1
g T g A3
Despejando:
Q = A g (A/T)
Donde:
Vc = g (A/T)
EL NUMERO DE FROUDE
Es el indicador del tipo del flujo, incorpora la importancia de las
fuerzas gravitacionales e inerciales.
Se establece la siguiente relación:
NF = V / g D ; para D = A/T
Donde: NF - Número de Froude
V - Velocidad crítica
G - Aceleración de la gravedad
A - Área de la sección transversal
T - Longitud del espejo de agua
Para la determinación del tipo de régimen de flujo, tenemos:
Si NF = 1 Régimen Crítico
NF < 1 Régimen de Río
NF > 1 Régimen de Torrente
Si NF = 1
Entonces V = g D = g A/T
Por Ecuación de Continuidad Q = A g D
METODOS DE CALCULO
Presentamos algunas soluciones directas, factibles solo
para dos secciones transversales únicamente.
a) Rectangular
Q = b y g D = b ( g ) y3/2 ; Si y = D
y3/2 = Q / b g
yc = ( Q / b g )2/3 ó
yc = 0.467 q2/3 ; ( q= Q/T = Q/b )
b) Triangular
Q = m y2 g ( m y2 / 2 m y )
Q = m y2 g (y / 2) = m * g * y/2 * y5/2
yc = [ Q / ( m * g/2 )2/5 ó
yc = 0.728 q2/5 ( q = Q / tg )
Para un mejor entender podemos observar los
gráficos:
Estos métodos directos tienen algunas expresiones en algunos textos pero que requieren verificación, para los casos:
a) Parabólica
Es = 5/4 * yc
yc = 0.701 * q2/3
b) Trapezoidal
Fórmula Directa : yc = ( 4T / (5T + b ) Es
Fórmula de Salas : yc = yCR2 * yCT
2
yCR2 + yCT
2
Donde:
yCR - Altura critica del rectángulo imaginario
yCT - Altura critica del doble triángulo
SALTO HIDRAULICO Es el paso violento de un régimen supercrítico a uno subcrítico con gran
disipación de energía. El Salto Hidráulico puede ocurrir en la superficie
libre de un flujo homogéneo y en la interfase de un flujo estratificado en
cualquier dirección; en ambos casos el Salto Hidráulico es acompañado
de turbulencia significativa y pérdidas de energía.
TIPOS DE SALTO Podemos distinguir los siguientes:
a) Si F = 1 - No hay Salto
b) Si 1 < F < 1.7 - Salto Ondulador
c) Si 1.7 < F < 2.5 - Salto Débil
d) Si 2.5 < F < 4.5 - Salto Oscilante
e) Si Disipación 45 al 70% - Salto Permanente
f) Gran Disipación (85%) - Salto Fuerte
Diferentes
tipos de
resalto
hidráulico
CALCULO DE LAS CONJUGADAS (y1 , y2)
Para secciones rectangulares:
y2 = 1 ( 1 + 8 NF2 - 1 )
y1 2
Donde: y2 - Tirante al final del salto
y1 - Tirante al inicio del salto
NF - Número de Froudeºº
LONGITUD DEL SALTO
Podemos plantear tres posibilidades para secciones
rectangulares:
a) La Fórmula de la USBR
L = y2 ( 3.491 + 0.73 NF - 0.06 NF2 - 0.00144 NF3 )
b) La Fórmula de Silvestre (1944)
L = y1 [ 9.75 ( NF – 1 ) 1.01 ]
c) Empírica no tan precisa
L = 6.9 ( y2 - y1 )
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