Flujo libre sobre un obstáculo


Flujo libre sobre obstáculo - Juan Barros 8/30/2001, 1:55 pm - pfjubar@eia.edu.co

Y para complementar cómo debe hacerse la enseñanza de la hidráulica, les propongo este problema.
Suponga un canal de sección rectangular sin pendiente (piso horizontal). Se coloca un obstáculo (un bloque) que ocupa todo el ancho del canal. Un poco más adelante se coloca otro obstáculo un poco más alto que el anterior. Pregunta: ¿qué pasa con la superficie del agua sobre el primer obstáculo, sube, baja o no se perturba?


La isoenergía - Francisco J. Mejía 9/8/2001, 10:17 am - pffmejia@eia.edu.co

Son horizontales y paralelas tres líneas de interés:

1. El nivel de referencia (NR)
2. El fondo del canal de aproximación a los obstáculos (z)
3. La carga hidráulica total (H = z + y + v^2/2g)

Como H = z + E parece fácil admitir que, en el tramo de análisis, la energía específica (E=y+v^2/2g) tiene un valor mínimo (relativo o absoluto) cuando el valor de la cota del fondo (z) alcance su valor máximo en tal tramo.

¡Y esa sección de mayor cota ocurre precisamente en la cresta del segundo obstáculo!

Propongo que este sea el punto de partida para el análisis del comportamiento del flujo sobre la sucesión de obstáculos.

¿Cuál es la opinión del foro?


Energía - Juan Barros 9/12/2001, 6:19 pm - pfjubar@eia.edu.co

Según lo que acaba de plantear Francisco en el numeral 3 anterior, el problema puede abordarse con el criterio de conservación de energía.

Invito a los estudiantes a que nos acompañen en este desarrollo. Los elementos de mecánica de fluidos deben ser suficientes para proponer una solución.


Las hipótesis - Francisco J. Mejía 9/1/2001, 7:28 am - pffmejia@eia.edu.co

Para iniciar la aproximación a la solución del flujo sobre dos obstáculos propongo considerar:

1. Que la disipación de energía por fricción y por turbulencia local se desprecia.

2 Que la carga hidráulica total se conserva: H = z + hp + hv

3. Que el flujo de agua pasa por encima del segundo obstáculo.

¿Quién agrega otras hipótesis?


Re: Las hipótesis - Javier Jaramillo 9/2/2001, 6:28 pm - pfjoseja@eia.edu.co

Otras hipótesis a considerar podrían ser:
4. Flujo permanente, Q=A.V=cte
5. Distribución hidrostática de presiones
6. Flujo de aproximación al primer obstáculo Subcrítico o Supercrítico
7. Se esperan dos soluciones dependiendo del tipo de flujo de aproximación.


Hipótesis rechazadas - Francisco J. Mejía 9/3/2001, 12:36 pm - pffmejia@eia.edu.co

Las hipótesis 4 (continuidad) y 5 (presiones) me parecen aceptables, pero no así las hipótesis 6 y 7:

"6. Flujo de aproximación al primer obstáculo subcrítico o supercrítico."

No debe ser un punto de partida para el análisis, debido a la presencia de un segundo obstáculo más elevado que el primero. En mi opinión debe ser posible establecer cual es el estado de flujo que se establece en un canal horizontal antes del primer obstáculo.

Y como consecuencia de ese razonamiento deberá aparecer la solución aceptable, de manera que la hipótesis 7 es innecesaria.

"7. Se esperan dos soluciones dependiendo del tipo de flujo de aproximación."

¿Qué opinan respecto a este enfoque?


Re: Hipótesis rechazadas - Juan Barros 9/4/2001, 4:32 pm -  pfjubar@eia.edu.co

De acuerdo con Francisco Jaime. Si el canal es horizontal, es posible asumir los obstáculos como vertederos de borde ancho y de esa manera se espera en el último obstáculo, flujo crítico sobre él y flujo subcrítico en el canal.


Re: Hipótesis rechazadas - Javier Jaramillo 9/6/2001, 7:59 pm - pfjoseja@eia.edu.co

También estoy de acuerdo con el planteamiento anterior, pero bajo el supuesto de que la altura del obstáculo sea mayor que el cambio en el tirante del agua.


La navaja de Occam - Francisco J. Mejía 9/8/2001, 9:49 am - pffmejia@eia.edu.co

En una corriente de agua pueden aparecer obstáculos en el fondo del canal con tamaños o alturas que no correspondan a ninguna exigencia.

El análisis debe abordarse sin "el supuesto de que la altura del obstáculo sea mayor que el cambio en el tirante del agua." Si no es necesaria esta condición no debe invocarse. (Invito a revisar La navaja de Occam en Lecturas).


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