EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES

En un canal inclinado recto de ancho unitario y ángulo de pendiente θ, el peso del elemento de agua sombreado de longitud dL es igual a γ·y·cos θ·dL. La presión debida a este peso es γ·y·cos2 θ·dL. La presión unitaria es, por consiguiente, igual a γ·y·cos2 θ, y la altura es:
h = y cos²θ(1)
h = d cos θ(2)
Donde d = y·cos θ, la profundidad de agua medida perpendicularmente desde la superficie. Nótese que a partir de la geometría la ecuación (1) no se aplica de manera estricta al caso de flujo variado, en particular cuando θ es muy grande, en tanto que la ecuación (2) aún es aplicable. La ecuación (1) establece que la altura de la presión en cualquier profundidad vertical es igual a esta profundidad multiplicada por un factor de corrección cos²θ. Obviamente, si el ángulo θ es pequeño, este factor no será muy diferente a la unidad. De hecho, el factor de corrección tiende a disminuir la altura de presión en una cantidad inferior a 1 % en tanto θ sea menor que , o sea, una pendiente de alrededor de 1 en 10.
Como la pendiente de los canales normales es mucho menor que 1 en 10, la corrección por efecto de la pendiente a menudo puede ignorarse con seguridad. Sin embargo, cuando la pendiente del canal es grande y sus efectos se vuelven apreciables, debe hacerse la corrección si se desean cálculos precisos. Un canal de este tipo, es decir aquel con una pendiente mayor que 1 en 10, se llamara de ahora en adelante canal de pendiente alta. A menos que se mencione específicamente, todos los canales descritos de aquí en adelante se consideran canales de pendiente baja, en los cuales el efecto de la pendiente es insignificante.

FIGURA Distribución de presiones en un flujo paralelo en canales de pendiente alta.
Si un canal de pendiente alta tiene un perfil longitudinal con una curvatura apreciable, la altura de presión debe ser corregida por el efecto de la curvatura de las líneas de corriente.
En notación simple, la altura de presión puede expresarse como α ' y cos2θ, dondeα ' es el coeficiente de presión.
FIGURA Distribución de presiones en flujo curvilíneo en canales de pendiente alta.
En canales de pendiente alta la velocidad de flujo por lo general es grande y mayor que la velocidad crítica. Cuando esta velocidad alcanza cierta magnitud, el agua atrapara aire, produciendo un hinchamiento de su volumen y un incremento en la profundidad. Por esta razón, la presión calculada mediante las ecuaciones (1) o (2) en varios casos ha demostrado ser mayor que la presión real medida en modelos físicos. Si la densidad promedio de la mezcla agua-aire es conocida, puede utilizarse para remplazar la densidad de agua pura en el cálculo cuando se espera que exista atrapamiento de aire.
La densidad real de la mezcla varía desde el fondo hasta la superficie del flujo. Sin embargo, para propósitos prácticos, la densidad puede suponerse constante; esta suposición de distribución uniforme del aire en la sección transversal simplifica los cálculos que, aunque con errores, es la más segura.

EFECTO DE LA PENDIENTE EN LA DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Ing. Civil

0 comentarios::

Publicar un comentario