Práctica No. 3. “Flujo Crítico”

Laboratorio de Hidráulica II
Práctica No.3. “Flujo crítico”.
Práctica No. 3.
“Flujo Crítico”
OBJETIVO: “Analizar y observar el comportamiento del flujo crítico en un canal abierto”.
ENERGÍA ESPECÍFICA
En hidráulica de canales, el régimen que presenta una corriente es crítico, cuando la
energía específica con la que circula el agua es mínima. Entendiendo por energía
específica a la energía por kilogramo de agua que fluye a través de la sección hidráulica
en estudio.
V2
(3.1)
E = y+
2g
Como V=Q/A, con Q constante, A=f(y) y considerando la definición de energía
específica mínima (dE/dy=0), tenemos:
dE
Q2 d  1 
= 1+
=0
dy
2 g dy  A2 
(3.2)
Simplificando y considerando que cerca de la superficie dA=Bdy:
dE
Q2 B
= 1−
=0
dy
g A3
(3.3)
O en otros términos:
Q 2 A3
=
g
B
(3.4)
Y el número de Froude es:
Fr 2 =
BQ 2
,
gA3
Fr =
Q
gA3
B
=
V
gy
(3.5)
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Práctica No.3. “Flujo crítico”.
Fig 3.1. Variación de la energía específica “h-E” con Q constante.
El número de Froude diferencia el tipo de flujo que se presenta en canales abiertos:
No. Froude
<1
=1
>1
Tipo de régimen
subcrítico
crítico
supercrítico
TIRANTE CRÍTICO PARA CANALES CON SECCIÓN RECTANGULAR
Por la definición de energía mínima específica, expresión (3.4):
Q 2 A3
=
g
B
(3.4)
Como A=By y q=Q/B, realizando operaciones y simplificando, se obtiene:
yC =
3
q2
g
(3.6)
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Práctica No.3. “Flujo crítico”.
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
canal.
1. Generar un perfil hidráulico en el canal de pendiente variable.
2. Determinar el caudal que fluye a través del canal con el aforador venturi del
3. Medir la geometría del canal, determinando los tirantes de cada sección a lo
largo de todo el perfil hidráulico (a cada 1 m y antes y después de los puntos en los que
se presentan cambios de pendiente o de plantillas).
CONTENIDO DEL REPORTE DE LA PRÁCTICA DE LABORATORIO
1. Dibujar los perfiles hidráulicos de todas las corridas ejecutadas, ilustrando la
línea piezométrica y la línea de energía para todo el perfil hidráulico generado (utilizar la
fórmula de Manning para calcular la velocidad en cada sección).
2. Determinar que tipo de flujo se presenta en cada una de las secciones
(subcrítico, crítico o supercrítico).
3. Con los dos tirantes analizados (antes y después del escalón inicial) y el
tirante crítico calculado con las características hidráulicas operativas del canal, construir
una gráfica de E vs h.
4. Conclusiones de la realización de la práctica, describiendo detalladamente
cada uno de los perfiles del flujo. ¿Cuál es la variable o parámetro que determina que
en algunas secciones el flujo sea subcrítico o supercrítico?, ¿Cuál es la pendiente que
determina el cambio de régimen? (Calcular su magnitud y justificar con base en los
datos observados en laboratorio).
Fecha de entrega del reporte: el día de la realización de la práctica siguiente.
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