LABORATORIO HIDRAHULICA II LABORATORIO HIDRAHULICA II
MARLON MANRIQUE MEDINA MARLON MANRIQUE MEDINA
7302975 7302975
DIANA JAIDEL BERMEO MONTERO DIANA JAIDEL BERMEO MONTERO
7303036 7303036
OSCAR NIRAY MEDINA MELO OSCAR NIRAY MEDINA MELO
7301803 7301803 ANDREA VILLALBA ANDREA VILLALBA 7303022 7303022
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
FAEDIS PROGRAMA INGENIERIA CIVIL FAEDIS PROGRAMA INGENIERIA CIVIL
MARLON MANRIQUE MEDINA MARLON MANRIQUE MEDINA DIANA JAIDEL BERMEO MONTERO DIANA JAIDEL BERMEO MONTERO
OSCAR NIRAY MEDINA MELO OSCAR NIRAY MEDINA MELO
ANDREA VILLALBA ANDREA VILLALBA CODIGO. 7302975 CODIGO. 7302975 CODIGO. 7303036 CODIGO. 7303036 CODIGO. 7301803 CODIGO. 7301803 CODIGO. 7303022 CODIGO. 7303022 LABORATORIO HIDRAHULICA II LABORATORIO HIDRAHULICA II MARGARITA HERNANDEZ A. MARGARITA HERNANDEZ A. INGENIERO CIVIL INGENIERO CIVIL
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
FAEDIS PROGRAMA INGENIERIA CIVIL FAEDIS PROGRAMA INGENIERIA CIVIL
I N D I C E I N D I C E INTRODUCCION INTRODUCCION OBJETIVO GENERAL OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS OBJETIVOS ESPECIFICOS MARCO TEORICO MARCO TEORICO LABORATORIO Nº1 VERTEDERO LABORATORIO Nº1 VERTEDERO LABORATORIO Nº2 COMPUERTAS LABORATORIO Nº2 COMPUERTAS LABORATORIO Nº3 LABORATORIO Nº3 LABORATORIO Nº4 LABORATORIO Nº4
LABORATORIO Nº5 FLUJO GRADUALMENTE VARIADO LABORATORIO Nº5 FLUJO GRADUALMENTE VARIADO
CONCLUSIONES CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA
INTRODUCCION INTRODUCCION
La real aproximación al comportamiento mecánico del agua, permite confrontar La real aproximación al comportamiento mecánico del agua, permite confrontar
las leyes adoptadas por la hidráulica en este caso “Canales Abiertos” con el fin las leyes adoptadas por la hidráulica en este caso “Canales Abiertos” con el fin
de
de reconocer sus límites y areconocer sus límites y aplicación ya sea para la preplicación ya sea para la prevención o el buen usvención o el buen uso deo de la misma. Los conocimientos adquiridos en las diferentes unidades de la materia la misma. Los conocimientos adquiridos en las diferentes unidades de la materia Hidráulica II, deben ser experimentados en modelos a escala o estructuras Hidráulica II, deben ser experimentados en modelos a escala o estructuras diseñadas para simular un canal abierto que permita cumplir con una diseñadas para simular un canal abierto que permita cumplir con una aproximación casi real a la esperada en las diferentes superficies por las que se aproximación casi real a la esperada en las diferentes superficies por las que se desplaza el fluido en
desplaza el fluido en estudio. estudio. El trabajo experimental peEl trabajo experimental permite un acercarmite un acercamiento almiento al fenómeno esperado, dando la posibilidad de asumir
fenómeno esperado, dando la posibilidad de asumir una nueva forma de abordaruna nueva forma de abordar su estudio permitiendo otras formas de interpretación por medio
su estudio permitiendo otras formas de interpretación por medio de cambios levesde cambios leves o bruscos, que le permitan al estudiante identificar el porqué de cada fenómeno o bruscos, que le permitan al estudiante identificar el porqué de cada fenómeno así como también la importancia de su conocimiento, aplicación y control dentro así como también la importancia de su conocimiento, aplicación y control dentro de las obras civiles.
de las obras civiles.
En efecto, no es con violencia como
En efecto, no es con violencia como se pueden hurtar sus secretos, sino con amor;se pueden hurtar sus secretos, sino con amor; con esa comprensión que se deriva de una larga convivencia con ella, tan larga con esa comprensión que se deriva de una larga convivencia con ella, tan larga que ni la vida de un individuo, ni la de muchas generaciones, es suficiente. Hay que ni la vida de un individuo, ni la de muchas generaciones, es suficiente. Hay que atesorar todo lo que la humanidad ha venido aprendiendo, a veces a costa que atesorar todo lo que la humanidad ha venido aprendiendo, a veces a costa suya, dejándose sorprender; otras, al intentar precaverse, realizando suya, dejándose sorprender; otras, al intentar precaverse, realizando observaciones, ensayos, cálculos. Esto es lo que tratan de hacer los libros de observaciones, ensayos, cálculos. Esto es lo que tratan de hacer los libros de texto, en lo que se refiere a esos aspectos de la hidráulica que se considera texto, en lo que se refiere a esos aspectos de la hidráulica que se considera puedan requerirse en su práctica actual. Sin embargo, dichos libros, con todos puedan requerirse en su práctica actual. Sin embargo, dichos libros, con todos sus méritos, adolecen por lo general de un defecto: crear l
sus méritos, adolecen por lo general de un defecto: crear l a ilusión de una cienciaa ilusión de una ciencia demasiado madura y segura de sí misma; que, algo alejada -a veces- de los demasiado madura y segura de sí misma; que, algo alejada -a veces- de los fenómenos que pretende dominar, olvida las limitaciones de sus principios y fenómenos que pretende dominar, olvida las limitaciones de sus principios y adquisiciones, y hace que parezcan duraderos muchos de los que algún día, tal adquisiciones, y hace que parezcan duraderos muchos de los que algún día, tal vez muy cercano, podrían ser puestos en duda o refutados."
OBJETIVO GENERAL
Familiarizar al futuro Ingeniero Civil con los diferentes factores y fenómenos de los canales abiertos estudiados en las diferentes unidades de la materia Hidráulica II, poniendo en práctica los diferentes ensayos tenidos en cuenta para el presente laboratorio, que permitan reconocer el comportamiento del agua por medio de la observación directa, la medición de las variables hidráulicas, el análisis mediante técnicas estadísticas, y la evaluación mediante aproximaciones teóricas analíticas o técnicas numéricas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar por medio de las practicas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, un Flujo Uniforme en el fluido que le permita conocer la pendiente del canal(So), la profundidad normal (Yn), los coeficientes de Manning(n) y Chezy(C) y el número de Froude (NF) con el fin de elaborar los informes respectivos.
Determinar por medio de las practicas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, un Flujo Gradualmente Variado por medio del cual, el fluido le permita conocer las condiciones ideales de un flujo gradualmente variado, la pendiente del canal (So), la profundidad normal (Yn), el coeficientes de Manning(n) y los tipos de perfiles, así como su longitud del flujo gradualmente variado.
Estudiar por medio de las prácticas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, las características y comportamiento de una chimenea de equilibrio y comprobar la validez de los supuestos teóricos.
Analizar por medio de las practicas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, la distribución de presiones y velocidades a lo largo del fondo del canal y sobre la pared de la Compuerta, analizar de igual forma los coeficientes de descarga (Cd) y el coeficiente de contracción (Cc) de una compuerta por medio de las características hidráulicas antes y después de la misma.
Analizar experimentalmente por medio de las prácticas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, en un canal rectangular el Resalto
Hidráulico para determinar gráficamente la disipación de energía, hallando la longitud del resalto y empleando las ecuaciones teóricas para tal caso.
Analizar y calibrar por medio de las prácticas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, los vertederos empleados en un canal rectangular que le permita comparar los valores adquiridos con los valores de los textos. MARCO TEORICO
En las siguientes prácticas de laboratorio de la materia Hidráulica II se lograron realizar ensayos en condiciones ideales para representar los diferentes factores que se deben tener en cuenta para las obras civiles que se encuentran relacionadas y tienen razón en canales abiertos especialmente aquellos que transportan agua y que por sus diferentes condiciones cuentan con diferencias en sus pendientes, caudales, dimensiones del canal y por otro conocer y poner en práctica los diferentes elementos mecánicos que se requieren dentro de los mismos canales para controlar la entrada, salida de fluido que sea requerido para
esa obra, así como su caudal, presión y energía disipada por el trabajo desarrollado
LABORATORIO Nº1 VERTEDEROS
El flujo en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedero, que es una obstrucción hecha en el canal para que el líquido retroceda un poco atrás de ella y fluya sobre o a través de ella. Si se mide la altura de la superficie liquida corriente arriba es posible determinar el volumen de flujo. Los vertederos construidos con una hoja de metal u otro material, que permiten que el chorro o manto salga libremente, reciben el nombre de vertederos de cresta aguda, otros vertederos como los de cresta gruesa, soportan el flujo en una dirección longitudinal.
Elementos requeridos para el ensayo
Una Tubería de alimentación
Canal de sección rectangular
Un piezómetro
Procedimiento
Se realiza el procedimiento para purgar todos los piezómetros
comprometidos teniendo en cuenta que debe existir una lámina de agua que los cubra por completo para poder iniciar el procedimiento.
Se tomaron las alturas iniciales de los piezómetros en el vertedero
rectangular calibrado y en el vertedero triangular a calibrar.
Se suministró el primer caudal a través de la válvula.
Posterior a que el fluido se estabilice y muestre una altura homogénea
a lo largo del canal, se toman las alturas piezométrica de los vertederos tanto rectangular como el triangular.
Se suministra un nuevo caudal por medio de la válvula y al dejar que
se estabilicen sus niveles se toman nuevamente la lecturas sobre el vertedero triangular la cual aumenta su línea de agua.
Resultados obtenidos Q Hv RECTANGULAR (cm) H RECTANGULAR (cm) 1 57 30,6 2 68,7 33 3 59,5 34 4 60 34,4 5 61 35,5 6 61,3 36 7 61,5 36,4 8 62 36,7 Ho (cm) = 54,8 24,7 L (cm) = 22 Teta = 60 Vertedero triangular
Vertedero rectangular
Cálculos desarrollados.
Tabla No. 1. Valores Calculados de Caudal para Diferentes Cargas Altura H, cm Q, l/s Altura H, cm Q, l/s 3 0.14 17 16.7 4 0.42 18 19.2 5 0.80 19 22.0 6 1.24 20 25.0 7 1.81 21 28.3 8 2.52 22 31.8 9 3.39 23 35.5 10 4.44 24 39.5 11 5.62 25 43.7 12 6.98 30 69.0 13 8.54 35 101.5 14 10.25 40 141.7
15 12.19 45 190.1
16 14.33 50 247.5
Trazar La Gráfica Q =F(H) Con Los Valores Observados
Q Hv RECTANGULAR (cm) H RECTANGULAR (cm) 1 57 30,6 2 68,7 33 3 59,5 34 4 60 34,4 5 61 35,5 6 61,3 36 7 61,5 36,4 8 62 36,7 Ho (cm) = 54,8 24,7 L (cm) = 22 Teta = 60 TRIANGULAR (cm) H TRIANGULAR (cm) Q RECTANGULAR (lps) Q TRIANGULAR (lps) ERROR CAUDALES (%) Cd VERTEDERO TRIANGULAR 27,3 2,6 68,52 0,17 99,7% 0,673 28,4 3,7 76,74 0,42 99,5% 0,673 30,6 5,9 80,25 1,35 98,3% 0,673 31,8 7,1 81,67 2,14 97,4% 0,673 33 8,3 85,62 3,16 96,3% 0,673 33,9 9,2 87,44 4,09 95,3% 0,673
35,2 10,5 88,90 5,69 93,6% 0,673
36,1 11,4 90,00 6,99 92,2% 0,673
24,7
Utilizando el método de los mínimos cuadrados n = a1
a0 = y + a1x
Tabla Método de los Mínimos cuadrados
Q H Rectangular HTriangular Ln Q LnH R LnHT 0.4331 57 30,6 -0.6453 0.1823 1.3987 0.7327 68,7 33 -0.3110 0.5008 1.6677 1.1216 59,5 34 0.1148 0.9062 1.8165 1.4689 60 34,4 0.3845 1.1632 1.9601 1.7229 61 35,5 0.5440 1.3151 2.0794 y = 0.4048x1.5 y = 0.0159x2.5 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 C a u d a l ( l p s ) H (cm)
Caudal vs H
2.0155 61,3 36 0.7008 1.4644 2.1633 2.5940 61,5 36,4 0.9532 1.7047 2.3026 3.1413 62 36,7 1.1446 1.8871 2.4069 Tabla Valores de C y n Rectangular Triangular a0 -0.10264 0.22013 81 3.44630 4.86340 Y(-) 1.14047 1.97441 X(-) 0.36071 0.36071 C 0.90245 1.24624 n 3.45 4.86 Q=0.90245*H Q=1.24624*H
Para vertedero Rectangular (1) Para vertedero Triangular (2)
Calcular el Valor del Coeficiente de Descarga de la Ecuación
Tabla No Valor Cd Q H Triangular Cd 0.5245 2,6 0.671 0.7327 3,7 0.479 1.1216 5,9 0.505 1.4689 7,1 0.462 1.7229 8,3 0.402
2.0155 9,2 0.381
2.5940 10,5 0.347
3.1413 11,4 0.323
θ 60° 0.44625
CONCLUSIONES
El flujo en el vertedero rectangular sigue una línea parabólica, y a
medida que el caudal aumenta la línea se abre.
Cuando el caudal aumenta después de la caída del vertedero
rectangular, se presenta mayor turbulencia y mayor contra f lujo en las partículas de agua.
La medición del caudal nunca puede ser exacta debido a que el canal
presenta irregularidades en su forma en cuanto al ancho que no es siempre igual y por lo tanto es irregular la relación entre nivel y caudal.
Los vertederos sirven para obtener una medición satisfactoria del
caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres.
Aguas arriba del vertedero el agua se eleva, tocando la cresta del
LABORATORIO Nº2 COMPUERTAS
Las compuertas son puertas o barreras móviles que se coloca en los conductos de agua para obtener o controlar su circulación, se clasifican en compuertas ordinarias (soportan pesos pequeños), giratoria (gira sobre el eje vertical aprovechando el exceso de presión en una de sus caras para asegurar el cierre), cilíndricas o de válvula (pueden ser abiertas si alcanzan el nivel superior del agua o cerradas si van montadas sobre una campana de ajuste hermético) y compuerta de sector (empleadas en exclusas de gran salto).
Elementos requeridos para el ensayo
Canal de pendiente Variable de 10 cm de espesor.
Compuerta colocada después del tanque de aquietamiento sobre el
canal.
Tablero de piezómetros - Vertedero calibrado.
Medidor de aguja desplazable
Sistema de abastecimiento de agua
Procedimiento
Se verifico que la pendiente del canal fuera horizontal.
Se tomó la lectura inicial del vertedero
Se abrió la válvula de suministro del caudal y se dejó pasar sobre el
canal una lámina de agua pequeña que sea suficiente para que los piezómetros del P10 hasta el P23 queden cubiertos de agua
Realizaron los procedimientos para purgar los piezómetros que se
encontraban expuestos al aire y contenían cantidades del mismo.
Se tomaron las lecturas de altura de la lámina de agua utilizando el
medidor de agua desplazable.
Se tomaron las lecturas iniciales en el panel de control de los
Se determinó la abertura de la compuerta, maniobrando el volante de
la misma hasta dejarla en un punto para que quedara constante el resto de la práctica.
Se suministró un primer caudal permitiendo el paso de agua constante
sobre el canal para el registro de un primer valor.
Se procedió a purgar los piezómetros que no se habían cubierto por
agua.
Se tomó nuevamente la altura de lámina de agua desde el piezómetro
10 al 11 con el medidor de aguja desplazable.
Al dejar estabilizar el flujo de agua con el resalto establecido se
procedió a tomar las lecturas en el vertedero para determinar la labor realizada.
Se tomó el medidor de aguja desplazada con el fin de medir la altura
de la lámina de agua y las medidas de los diferentes piezómetros.
Se suministró un segundo caudal de agua permitiendo que la
compuerta permaneciera con la misma posición inicial al anterior caudal y al dejar estabilizar los niveles se tomaron nuevamente las lecturas realizando los últimos pasos ya mencionados.
Se modificó la posición de la compuerta y posterior a tomar la lectura
de la lámina de agua de los piezómetros 10 y 11 se procedieron a tomar los valores con un caudal inicial y posteriormente con un segundo caudal.
Resultados obtenidos
COMPUERTAS Columna1 Columna2 Columna3 Columna4 Columna5 Columna6 Columna7 PIEZ METRO No. LEC. INICIAL a1 (cm) = 2 a2 (cm) = 3 a3 (cm) = 3,5 Q1 Q2 Q1 Q2 Q1 Q2 1 N/A 31,5 31,8 31,4 42,9 24,7 28,1 2 N/A 34,3 36 33,7 44,1 25,9 29,4 3 N/A 31,8 32,5 33,6 45,1 25,9 29,8 4 N/A 35,8 32,9 33,7 44,7 26,7 29,9 5 N/A 35,8 33 33,8 44,8 28,2 30 6 1,03 32,2 32,8 33,9 44,7 26,1 29,8 7 1,03 29 29,8 28,4 38,3 21,9 25
8 1,03 8,8 12,1 16 20,4 12,9 14,6 9 1,03 2 1,6 3,2 4 4 3,9 10 1,03 1,8 1,7 2,7 2,3 2,9 2,5 ho 10,8 10,8 10,8 10,8 10,8 10,8 10,8 Y 1,8 33,2 1,8 34,1 2,3 27 2,3 Hv 25 25 25,5 27,9 28,3 27,8 28,1
Lectura inicial del
vertedero Ho = 10,8 Carga del vertedero H = Hv - Ho = 14,2 Longitud de la compuerta (cm) = 20,8
Medidor de agua desplazable
Tabla No. 1. Datos para la gráfica de Cc en función cíe a/hc
Cc H0 a/H0
a Q1 Q2 Q1 Q2 Q1 Q2
2 0,866 0,933 31,17 31,77 0,064 0,063
2,5 0,888 0,800 32,87 43,67 0,076 0,057
0.780 0.800 0.820 0.840 0.860 0.880 0.900 0.920 0.940 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 C c a/h0
Cc vs a/h0
Caudal Q1 Caudal Q2Tabla No. 2. Presiones bajo compuerta a1 = 2 a2 2,5 a3 = 3 Q1 Q2 Q1 Q2 Q1 Q2 H (cm) = 14,2 14,7 17,1 17,5 17 17,3 CAUDAL (lps) = 8,62 9,34 13,32 14,06 13,14 13,69 Cd = 0,82 4 0,88 5 0,828 0,761 0,797 0,777 Cc = 0,86 6 0,93 3 0,888 0,800 0,883 0,848 Cc = Y/a = 16,6 0,9 11,36666 7 0,76666 7 7,71428 6 0,65714 3 ERROR Cc = 95% 4% 92% 4% 89% 29% CONCLUSIONES:
Cuando se realiza el cálculo y diseño de compuertas los dos aspectos
más presentes son la relación altura - descarga y la distribución de presiones sobre las superficies de la compuerta para varias aperturas
de la compuerta de la forma en que se llevó a cabo en el laboratorio.
Se determinó experimentalmente los coeficientes de descarga (Cd) y
contracción (Ce), para la condición de una apertura constante, al tiempo que se determinó la distribución de presiones, tanto sobre la compuerta como en el fondo del canal de prueba.
Por medio del análisis se halló la distribución de presiones de
velocidades a lo largo del fondo del canal y sobre la pared de la compuerta.
Finalmente se puede decir que se aprendió a determinar los
coeficientes de descarga y contracción para una compuerta cuando se mantuvo una abertura constante.
Este laboratorio fue funcional ya que por medio de su desarrollo y
evolución se aprendió que la forma de los bordes de una compuerta y abertura de la misma no solo afecta la distribución de velocidades y presión y pérdida de energía en el flujo a través de la compuerta.
LABORATORIO Nº3 FLUJO UNIFORME
El Flujo Uniforme y Permanente comprende dos condiciones de flujo. El Flujo permanente como se define para flujo en tuberías, se refiere a la condición según la cual las características del flujo en un punto no varían con el tiempo y el flujo uniforme se refiere a la condición según la cual la profundidad, pendiente, velocidad y sección recta permanecen constantes en una longitud dada del canal.
Elementos requeridos para el ensayo
Canal de pendiente Variable Medidor de aguja desplazable Tablero de piezómetros
Compuerta colocada después del tanque de aquietamiento sobre el canal. Vertedero
Sistema de abastecimiento de agua
Procedimiento
Se verifico que la pendiente del canal fuera horizontal. Se tomo la lectura inicial del vertedero
Se permitió que la compuerta y la persiana permitieran el libre desplazamiento del flujo
Se abrió la válvula de suministro del caudal y se dejo pasar sobre el canal una lamina de agua pequeña que sea suficiente para que los piezómetros del P10 hasta el P23 queden cubiertos de agua
Se realizaron los procedimientos para purgar los piezómetros que se encontraban expuestos al aire y contenían cantidades del mismo.
Se tomaron las lecturas iniciales en el panel de control de los piezómetros como nivel de referencia cero
Se determinó el ancho del canal
Posterior a la lectura de los piezómetros se cambió la pendiente del canal verificando la plomada con el fin de confirmar el ejercicio.
Se suministró un caudal permitiendo el paso de agua constante sobre el canal donde posterior a su regulación sobre todos los tramos se permitieron las lecturas piezométrica y de lámina de agua para el registro del presente informe.
Se tomó el medidor de aguja desplazada con el fin de medir la altura de la lámina de agua la cual se comparó con una lectura métrica que se encontraba en la pared del canal pero se tenía mayor precisión con el medidor de aguja.
Se suministró un nuevo caudal de agua y al dejar reposar los niveles se tomaron nuevamente las lecturas realizando los últimos pasos ya mencionados.
Resultados Obtenidos
Ecuación de vertedero Triangular Q= 0.0172. H^2.342
Pendiente del canal So = 0,0142
Ancho del canal B= 20,3 cm
Lectura inicial del vertedero Ho= 10,8 cm
Abscisas (cm) Dx 10-13 93 Dx 13-16 89 Dx 16-19 100 Dx 19-23 120 Dx Total 402
Cálculos desarrollados
Determinar con los datos registrados, la pendiente del canal y la profundidad normal observada.
Se calculo la pendiente para Q1: So=Dv/Dh
Dv= Y10-Y23= (2.7-3,0)
Dh= 6,0 mts que es la longitud del canal
So= 1/600= 0,0016
Igualmente para Q2= So= 0,000133; Q3= So= 0,0013
So (cm) -0,01416 0,00133 -0,013
Se calculó la profundidad Yn para Q1: ∑Y/14*100
Yn=0,0288
Igualmente para Q2= Yn= 0,0291 ; Q3= Yn= 0,0363
Q1 Q2 Q3
Yn
(m) 0,0288 0,0291 0,0363
Calcular el coeficiente de rugosidad de Manning “n” utilizando la ecuación:
b*Yn
Variables Q1 Q2 Q3 Yn (m) 0,02883 0,02917 0,03633 Ho (m) 0,108 0,108 0,108 H= Hv - Ho (m) 0,132 0,146 0,155 R (m) 0,0224015 0,02258705 0,026676577 Q (m^3/s) 0,0072056 0,009122505 0,01049312 A (m^2) 0,005835404 0,005897573 0,007346063 n 0,0077 0,0061 0,0074
Calcular el coeficiente de rugosidad de Chézy para cada caudal:
Variables Q1 Q2 Q3 Yn (m) 0,02883 0,02917 0,03633 Ho (m) 0,108 0,108 0,108 H= Hv -Ho (m) 0,132 0,146 0,155 R (m) 0,0224015 0,02258705 0,026676577 Q (m^3/s) 0,0072056 0,009122505 0,01049312 A (m^2) 0,005835404 0,005897573 0,007346063 N 0,001911278 0,001681071 0,001285023 C= 0,0077 0,0061 0,0074
H= Hv - Ho (cm) 13,2 14,6 15,5 Q (LPS) 7,21 9,12 10,49 Q(m3/s) 0,0072056 0,009123 0,010493 q (m3/s.m) 0,0354957 0,044938 0,051690 Yc (m) 0,0504538 0,059046 0,064821 V (m/s) 1,2348110 1,546824 1,428400 F 2,3219169 2,891436 2,392805
CONCLUSIONES
Se determinaron las características para canales rectangulares como lo son el área, perímetro, y radio hidráulico, en la práctica son fácilmente recopilados y pueden hacerse los cálculos con facilidad, partiendo de lo que indica la teoría y la geometría propia del canal.
Logramos verificar que los valores de Y, A, V y Q son constantes, lo cual corresponde a la caracterización del flujo uniforme.
Analizamos en el desarrollo del laboratorio que las pendientes de la solera y de la superficie del agua tienden a ser paralelas, esto puede determinar que se pueden usar las diferentes ecuaciones de flujo uniforme vistas en clase, sin dejar de satisfacer el hecho de que para que el agua fluya uniformemente dentro de un canal debe existir una inclinación en la solera.
El método de la obtención del número de Froude, permite determinar el tipo de flujo presente en la práctica de laboratorio.
Se verifico la relación asumida por Manning para la deducción de su fórmula, es fácilmente corroborable en la práctica porque se puede obtener el coeficiente C en función del coeficiente n y viceversa, sin dejar de obtener los valores de velocidad y caudal iguales, considerados para cada tramo.
Con los parámetros hallados es posible obtener métodos que permitan la comprobación de diseño y diseño de un canal.
LABORATORIO Nº4 RESALTO HIDRAULICO
Es un caso específico del flujo rápidamente variado por medio del cual un flujo supercrítico pasa a un estado subcrítico. El fenómeno se caracteriza por un incremento brusco en la profundidad del flujo, acompañado de una gran turbulencia la cual da lugar a un cambio de energía, siendo mayor la energía antes que después del resalto.
Tal vez la aplicación más importante de este fenómeno en la ingeniería practica, es su uso como disipador de energía en aquellos casos en los cuales un flujo con gran energía cinética puede causar erosión perjudicial.
Elementos requeridos para el ensayo
Procedimiento
Se verifico que la pendiente del canal fuera horizontal. Se tomo la lectura inicial del vertedero
Se suministro una lámina de agua pequeña sobre el canal para cubrir los piezómetros de agua.
Se realizaron los procedimientos para purgar los piezómetros que se encontraban expuestos al aire y contenían cantidades del mismo.
Se tomaron las lecturas iniciales de lamina de agua Y1 entre los Piezómetros 10 y 11 y h de los piezómetros p10a p23 como punto cero de referencia.
Se abrió la válvula de suministro del caudal con una lamina de agua lo suficientemente grande que permitiera controlar el caudal aguas abajo con la compuerta.
Se Determinó la abertura (a1) de la compuerta.
Después de permitir estabilizar el flujo, se manipularon las persianas para generar un resalto hidráulico a lo largo del canal para poder tomar la lectura del vertedero triangular y de esta forma conocer la cuantía del caudal.
Se procedió a tomar las cuantías de lámina de agua por medio del medidor de aguja constante inicialmente en donde comienza el resalto y posteriormente donde culmina el mismo realizando los cálculos pertinentes para posteriormente compararlos con los cálculos realizados con los piezómetros para medir la misma longitud del resalto pero de una forma más exacta.
Se modificó la abertura de la compuerta y se repitieron los procedimientos para calcular la longitud del resalto hidráulico y la cuantía del caudal.
RESULTADOS OBTENIDOS RESULTADOS OBTENIDOS
PIEZ. Nº LECTURA INI. (cm)
APERTURA DE LAS COMPUERTAS (m)
a1 = 2 cm a2 = 2,5 cm a3 = 3 cm 10 1,6 1,1 1,7 1,9 11 1,5 1,8 1,9 2,3 12 1,5 1,9 2 2,5 13 1,4 2 2,3 2,6 14 1,4 2,1 2,4 2,7 15 1,4 2 2,4 5,9 16 1,4 2,1 6,5 7,3 17 1,3 2 8,3 7,5 18 1,2 6,2 8,6 7,7 19 1 7,8 8,8 7,9 20 0,9 8,5 8,7 7,7 21 0,8 8,8 8,9 7,9 22 0,7 9 9 7,8 23 0,4 9,1 8,9 7,9 y1 (cm) = 3,2 3,5 3,7 y2 (cm) = 10 10,5 9,8 dX (cm) 89,5 178,2 174,5 Hv (cm) = 25,1 25,4 26,8
a1 = 2 cm a2 = 2,5 cm Caudal (lps) 8,76 9,20 caudal (m3/s) 0,00876 0,00920 Ancho b(cm) = 23 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Linea Piezometrica
32
PIEZ. Nº APERTURA DE LAS COMPUERTAS (cm)
a1 = 2 cm a2 = 2,5 cm a2 = 3 cm H (cm) A (m2) V(m/s) E(m) H (cm) A (m2) V(m/s) E(m) H (m) A (m2) V(m/s) E(m) 10 1,2 0,00276 3,173742595 0,525910309 1,7 0,00391 2,351962704 0,299231049 1,8 0,00414 2,752841616 0,4046396 11 1,6 0,00368 2,380306946 0,305074549 2 0,0046 1,999168298 0,223911933 2,2 0,00506 2,252324959 0,2808249 12 1,6 0,00368 2,380306946 0,305074549 2,1 0,00483 1,903969808 0,205954134 2,4 0,00552 2,064631212 0,2414848 13 4,5 0,01035 0,846331359 0,081544733 2,2 0,00506 1,817425726 0,190522259 2,5 0,00575 1,982045964 0,225434 14 8,5 0,01955 0,448057778 0,095242641 2,4 0,00552 1,665973582 0,165605509 2,6 0,00598 1,905813427 0,2113125 15 10,3 0,02369 0,369756419 0,1099755 5,5 0,01265 0,72697029 0,081963561 2,7 0,00621 1,835227744 0,1988398 16 10,8 0,02484 0,352638066 0,114344572 7,8 0,01794 0,512607256 0,091406439 6,5 0,01495 0,762325371 0,09465 17 11 0,0253 0,346226465 0,116115957 8,3 0,01909 0,481727301 0,094839857 7 0,0161 0,707873558 0,0955656 18 11,1 0,02553 0,343107308 0,117006256 8,5 0,01955 0,470392541 0,096289242 7,4 0,01702 0,669610123 0,0968764 19 11,1 0,02553 0,343107308 0,117006256 8,6 0,01978 0,46492286 0,097028228 7,4 0,01702 0,669610123 0,0968764 20 11 0,0253 0,346226465 0,116115957 8,6 0,01978 0,46492286 0,097028228 7 0,0161 0,707873558 0,0955656 21 11 0,0253 0,346226465 0,116115957 8,6 0,01978 0,46492286 0,097028228 7,5 0,01725 0,660681988 0,0972704 22 11 0,0253 0,346226465 0,116115957 8,7 0,02001 0,459578919 0,097776162 7,5 0,01725 0,660681988 0,0972704 23 11 0,0253 0,346226465 0,116115957 8,7 0,02001 0,459578919 0,097776162 7,5 0,01725 0,660681988 0,0972704
a1 a2 Y1 (m) 0,0089 0,0148 A1 (m^2) 0,00736 0,00805 Q (m3/s) 0,0088 0,00920 V1(m/s) 1,19 1,14 Fr1 2,13 1,95 y2_teo (m) 0,0815 0,0806 y2_exp (m) 0,1 0,105 ERROR Y2 (%) 23% 30% 0 20 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Apertura de las compuertas
PIEZ. Nº
APERTURA DE LAS COMPUERTAS (cm) a1 = 2 cm H (cm) APERTURA DE LAS COMPUERTAS (cm) a1 = 2 cm A (m2) APERTURA DE LAS COMPUERTAS (cm) a1 = 2 cm E(m) APERTURA DE LAS COMPUERTAS (cm) a2 = 2,5 cm H (cm) APERTURA DE LAS COMPUERTAS (cm) a2 = 2,5 cm A (m2)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 Y1 (m) A1 (m^2) Q (m3/s) V1(m/s) Fr1 y2_teo (m) y2_exp (m) ERROR Y2 (%) porcentaje de error a1 a2
A1(m2) 0,00736 0,00805 A2 (m^2) 0,0230000 0,024150 V1(m/s) 1,2 1,1 V2(m/s) 0,38 0,36 Perd. Energia (m) -0,00313 -0,000132 Perd. Energia (m) t 0,13 0,06 ERROR ΔE = 102% 100% Δx = 5 (y2-y1)_ teorico 0,3630 0,329 Δx_experimental 2,07 2,75 ERROR ΔX = 82% 88% -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Porcentaje error ΔX Series1 Series2
CONCLUSIONES:
Podemos observar que la abertura donde proviene el flujo es proporcional a la pérdida hidráulica, tenemos que a menor abertura se observa que es mayor la pérdida.
La longitud del resalto está en función de la estabilidad del resalto ofrecida por la compuerta de persiana y de la velocidad inicial del flujo.
Los valores experimentales difieren un poco de los valores teóricos y de los obtenidos por medio de los textos de consulta debido a cierta inexactitud al momento de tomar los datos en el laboratorio.
A mayor velocidad del flujo en la lámina de agua, mayor es el distanciamiento entre la línea piezométrica y la línea de energía.
La fuerza específica es constante antes y después del resalto, y depende directamente de la velocidad de flujo y de altura de la lámina de agua.
LABORATORIO Nº5 FLUJO GRADUALMENTE VARIADO
Se denomina flujo permanente, gradualmente variado, aquel flujo en donde sus principales características de flujo no varían con respecto al tiempo en una determinada sección transversal pero varían con respecto a la longitud del tramo en consideración, siendo la consideración del tramo tan suficientemente grande que los cambios en la profundidad del flujo llegan a ser imperceptibles a simple vista.
Elementos requeridos para el ensayo
Canal de pendiente Variable
Medidor de aguja desplazable
Tablero de piezómetros
Compuerta colocada después del tanque de aquietamiento sobre el
canal.
Vertedero
Sistema de abastecimiento de agua
Procedimiento
Se verifico que la pendiente del canal fuera horizontal.
Se tomó la lectura inicial del vertedero
Se permitió que la compuerta y la persiana permitieran el libre
desplazamiento del flujo
Se abrió la válvula de suministro del caudal y se dejó pasar sobre el
canal una lámina de agua pequeña que sea suficiente para que los piezómetros del P10 hasta el P23 queden cubiertos de agua
Se realizaron los procedimientos para purgar los piezómetros que se
encontraban expuestos al aire y contenían cantidades del mismo.
Se tomaron las lecturas iniciales en el panel de control de los
piezómetros como nivel de referencia cero
Se determinó la abertura de la compuerta, maniobrando el volante
dela misma hasta dejarla en un punto para que quedara constante el resto de la práctica,
Se determinó el ancho del canal
Posterior a la lectura de los piezómetros se cambió la pendiente del
Se suministró un primer caudal permitiendo el paso de agua constante
sobre el canal para el registro de un primer valor.
Con la ayuda de las persianas cerrándolas gradualmente hasta
dejarlas en una posición ideal, se obtiene un resalto hidráulico a lo largo del canal.
Al dejar estabilizar el flujo de agua con el resalto establecido se
procedió a tomar las lecturas en el vertedero para determinar la labor realizada.
Se tomó el medidor de aguja desplazada con el fin de medir la altura
de la lámina de agua y las medidas de los diferentes piezómetros a partirdel P10 hasta el P23.
Se suministró un segundo y tercer caudal de agua y al dejar
estabilizar los niveles se tomaron nuevamente las lecturas realizando los últimos pasos ya mencionados.
CAUDAL 1:
Q1
Abscisas Δx x Altura piezométrica inicial Intervalos de profundidad Altura piezométrica promedio Profundidad promedio dx 10 0 0 -1,40 y 10 -1,00 2,50 dx 10-13 91 91 -2,67 y 10-13 -1,63 2,57 dx 13-16 90 181 -4,20 y 13-16 -2,83 2,70 dx 16-19 99 280 -5,57 y 16-19 -4,30 3,00 dx 19-23 121 401 -7,45 y 19-23 0,250 9,63 PENDIENTE ynormal -0,01514 4,8334 Yn q n C Yc 4,8334 0,00035496 0,23149489 2,60509 0,23418582 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 A l t u r a ( c m )
Longitud del Canal (cm)
DATOS EXPERIMENTALES Q1
Altura Piezometrica Profundidad Experimental
CAUDAL 2 Abscisas Δx x Altura piezométrica inicial Intervalos de profundidad Altura piezométrica promedio Profundidad promedio dx 10 0 0 -1,40 y 10 -1,30 2,45 dx 10-13 91,2 91,2 -2,67 y 10-13 -1,47 2,58 dx 13-16 89,3 180,5 -4,20 y 13-16 -2,73 2,83 dx 16-19 99 279,5 -5,57 y 16-19 -14,87 3,00 dx 19-23 119 398,5 -7,45 y 19-23 3,15 12,54 PENDIENTE ynormal -0,01523 5,7154 0,05715381 Yn q n C Yc 5,7154 0,05326457 0,001448 397,14703 6,61306199 -8.0000 -6.0000 -4.0000 -2.0000 0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 c m Longitud (cm)
PROFUNDIDADES NORMAL Y CRITICA Q1
Coordenanda Profundidad Normal Coordenanda Profundidad critica
CAUDAL 3 Q3 Abscisas Δx x Altura piezométrica inicial Intervalos de profundidad Altura piezométrica promedio Profundidad promedio dx 10 0 0 -1,40 y 10 -1,30 2,45 dx 10-13 91,2 91,2 -2,67 y 10-13 -1,47 2,58 dx 13-16 89,3 180,5 -4,20 y 13-16 -2,73 2,83 dx 16-19 99 279,5 -5,57 y 16-19 -14,87 3,00 -40 -30 -20 -10 0 10 20 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 A x i s T i t l e Axis Title
Q3
Altura Piezometrica Profundidad Experimental
Altura Piezometrica Inicial Linear (Altura Piezometrica Inicial)
-8.0000 -6.0000 -4.0000 -2.0000 0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 A x i s T i t l e Axis Title
PROFUNIDAD NORMAL Y CRITICA Q3
Coordenada profundidad normal Coordenada profundidad critica
dx 19-23 119 398,5 -7,45 y 19-23 3,15 12,54 PENDIENTE ynormal -0,01523 5,7154 0,05715381 Yn q n C Yc 5,7154 0,05326457 0,001448 397,14703 6,61306199 -40 -30 -20 -10 0 10 20 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 A x i s T i t l e Axis Title
Q3
Altura Piezometrica Profundidad Experimental
Altura Piezometrica Inicial Linear (Altura Piezometrica Inicial)
-8.0000 -6.0000 -4.0000 -2.0000 0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 A x i s T i t l e Axis Title
PROFUNIDAD NORMAL Y CRITICA Q3
Conclusiones
La práctica nos permitió comprobar experimentalmente que es posible
caracterizar los diferentes tipos de flujos gradualmente variados
teórica y prácticamente, Esto es importante porque de esa manera es posible tener en cuenta que los procedimientos teóricos vistos e clase son aptos para el uso de diseño de canales que transporten esos tipos de flujo.
En la práctica fue posible ver diferentes tipos de flujo: Flujo uniforme y
flujo gradualmente variado, lo cual se dio por el tipo de elementos característicos del canal del laboratorio y la posibilidad de tener
diferentes pendientes del mismo. Esto nos permite entonces tener un criterio visual en el momento de evaluar un perfil de flujo en canales.
Los números de Froude establecidos están en el rango para flujos sub
críticos debido a que las pendientes utilizadas fueron del tipo sub crítico.
Se puede decir que es posible usar los parámetros de flujo uniforme y
crítico en este canal, porque el flujo presente en el laboratorio fue el de flujo gradualmente variado, el cual incluye dichos parámetros.
A través del cálculo de la altura de la lámina de agua aguas arriba de
la compuerta es posible notar que la compuerta maneja caudales pequeños debido a que las alturas obtenidas.
Las líneas de energía experimentales reflejan las características de
CONCLUSIONES GENERALES
En el ensayo de Flujo uniforme se pudo determinar que todas las profundidades de los tramos evaluados deben ser iguales teniendo en cuenta que no debe haber ningún resalto hidráulico y como sus velocidades media y caudales deben ser constantes. Así mismo y con forme a la grafica establecida para mencionado tipo de flujo, se puede concluir que las líneas de Energía (LE), la línea piezométrica (LP) y el fondo del canal empleado para este laboratorio son paralelos y por lo tanto sus pendientes son iguales (Sf=Sw=So)
Al desarrollar los ensayos como flujo uniforme y flujo gradualmente variado, cuando se requería tomar lecturas del ancho del canal se tenía una medida métrica en la pared de acrílico del canal y en la parte superior se contaba con un medidor de aguja desplazable. Se pudo demostrar que la medida métrica tomada en la pared del canal en algunos tramos se encontraba desfasada de la medida real y más precisa tomada por el medidor de aguja desplazable ya que en algunos tramos del canal, las paredes han cedido de su lugar ideal para lo cual fueron creadas debido al material con el que fueron construidas o las presiones o desgaste que se generan en las mismas lo cual genera un mínimo error en los cálculos al momento del ensayo de laboratorio.
En la práctica de Resalto Hidráulico, para calcular la longitud del mismo, se logro hacer por medio del medidor de aguja desplazable al inicio del resalto
donde prácticamente no existe turbulencia y al final del mismo donde notoriamente se inician a desaparecer las burbujas de turbulencia del fluido. Con forme a los cálculos realizados posteriormente por medio de los piezómetros con la presión y longitud de los mismos se pudo determinar que la diferencia existente en la longitud del resalto hidráulico no fue tan grande pero se tiene una mayor precisión por medio de los piezómetros.
BIBLIOGRAFIA
MONSALVE SAENZ, Germán. Hidrología en la Ingeniería, Escuela
Colombiana de Ingeniería.
SILVA GARAVITO, Luís Felipe. Hidráulica de canales.
VEN TE CHOW. Hidráulica de canales.
STREETER, Víctor L. Mecánica de los Fluidos. Me Graw Hill. Cuarta
edición. México.
SEARS, Francis; ZEMANSKY, Mark. Física Universitaria. Aguilar.
1966. España.
Guías de laboratorio de hidráulica II. Universidad Militar Nueva
Granada.
Ing. Jesus H. Ramos