flujo en canales abierto

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL

LAB. DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA ING. HUATUCO GONZALES, Mario

INFORME Nº 014 – G3 – UPLA – 12 DE LA UEC LABORATORIO DE MEC. DE FLUIDOS E HIDRAULICA

1. DATOS GENERALES

1.1. Tema: FLUJO EN CANALES ABIERTO.

1.2. Fecha:

FECHA DEL ENSAYO : 04 DE DICIEMBRE DE 2012.

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME : 11 DE DICIEMBRE DE 2012.

1.3. Lugar:

Departamento : Junín

Provincia : Huancayo

Distrito : Huancayo

Lugar : Facultad de Ingeniería – Giráldez.

Anexo : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica.

1.4. Participante: RUPAY VARGAS, Marcos Josué.

1.5. Modulo:

FME – 25

2. OBJETIVO

DETERMINAR LA PENDIENTE DEL FLUJO PARA DISTINTOS CAUDALES EN CANALES

ABIERTOS.

3. EQUIPOS Y/O MATERIALES

Equipo: Canal de Fluidos de 1m. de longitud



Banco Hidraúlico - FME 00

Tubo Pitot

PIEZÓMETRO INDICADOR CRONÓMETRO



4. PROCEDIMIENTO

4.1. El equipo de Canal de Fluidos de 1m. de longitud (FME - 25), se instaló sobre el banco

hidráulico.

4.2. Se enciende el banco hidraúlico.

4.3. Se coloca el tubo pitot; para luego definir los puntos de evaluación.

4.4. Se gradúa a un caudal constante.

4.5. Después se procede a tomar lecturas de la altura del peralte, y de las alturas del tubo pitot; pero

respectivamente en cada punto de evaluación.

4.6. Con la ayuda de una regla se procede a medir la longitud entre puntos de evaluación y el ancho

o solera del canal.

( )

4.7. Con la ayuda del piezómetro, cronómetro y un indicador se afora el caudal del flujo.

4.8. En el presente ensayo se repitió cuatro veces los pasos 4.3 hasta 4.5., y el 4.7. Pero con distintas

graduaciones del caudal del fluido.



5. TABLA DE REGISTROS

5.1. TABLA N° 01: En esta tabla se registraron las alturas del tubo Pitot, y el peralte del fluido, en la

entrada(1) y salida(2); el volumento y tiempo del fluido que pasa por el canal.

N° VOLUMEN (lt) TIEMPO PUNTO Y cm H1 mm H2 mm

1 3 10.12 Entrada 8.3 109 105

Salida 8.5 113 108

2 3 11.15 Entrada 6.1 131 130

Salida 7.0 122 120

3 3 9.09 Entrada 10.4 94 91

Salida 12.2 73 70

4 3 8.87 Entrada 13.6 55 51

Salida 16.2 26 22

5 3 8.62 Entrada 17.3 19.0 15

Salida 17.5 27.0 31

6. TABLA DE DATOS PROCESADOS

6.1. CÁLCULO DE LAS PENDIENTES CON LA FORMULA DE MANNING:

Calculo de los caudales.

( )

( )

Entoces:

⁄

Calculo de la velocidad con la diferencia de latura de los tubos de

pitot:

√ ( ⁄ )

Entoces:

√ ⁄

Calculo de la velocidad teorica en base al caudal y la seccion

transversal:

( )⁄

( ⁄ )



Calculo de la pendiente con la formula de manning:

⁄

o Determinando “n”:

MATERIAL ( ⁄⁄ )

Mínimo Máximo

Cemento puro 0.010 0.013

Mortero de cemento 0.011 0.015

Ladrillo en mortero 0.012 0.017

Fundición sin revestir 0.012 0.015

Fundición revestida 0.011 0.013

Entablado cepillado 0.010 0.014

Entablado elistonado 0.012 0.016

Tierra 0.017 0.025

Corte en roca 0.025 0.035

Corriente lisa natural 0.025 0.033

Corriente pedregosa 0.045 0.060

Corriente con maleza 0.075 0.150

Metacrilato 0.009 0.010

Cristal 0.009 0.010

Entonces:

o Determinando “Vm”:

( ⁄ )

o Determinando “RH”:

( )

PENDIENTES CON LA FORMULA DE MANNING:

⁄



N° CAUDAL - Q

(m3/s) PUNTO Y (m) H1 (m) H2 (m) ∆H (m)

VELOCIDAD (m/s)

VEL. MEDIA (Vm)

VEL. TEORICA

PROM Y Rh S

1 2.96E-04 Entrada 0.083 0.109 0.1050 0.004 0.280

0.297 0.089

0.084 0.016 0.216% Salida 0.085 0.113 0.1080 0.005 0.313 0.087

2 2.69E-04 Entrada 0.061 0.131 0.1300 0.001 0.140

0.169 0.110

0.066 0.015 0.075% Salida 0.070 0.122 0.1200 0.002 0.198 0.096

3 3.30E-04 Entrada 0.104 0.094 0.0910 0.003 0.243

0.243 0.079

0.113 0.017 0.135% Salida 0.122 0.073 0.0700 0.003 0.243 0.068

4 3.38E-04 Entrada 0.136 0.055 0.0510 0.004 0.280

0.280 0.062

0.149 0.018 0.171% Salida 0.162 0.026 0.0220 0.004 0.280 0.052

5 3.48E-04 Entrada 0.173 0.019 0.0150 0.004 0.280

0.280 0.050

0.174 0.018 0.167% Salida 0.175 0.027 0.0310 0.004 0.280 0.050



6.2. CÁLCULO DE LAS PENDIENTES CON LA FORMULA DE MANNING:

Calculo de las pendientes para distintas distancias en tre los puntos

de evaluación.

( )

Donde:

OJO, Se considera las velocidades teóricas.

Q1 (m3/s) LONGITUD So


2.96E-04

5 0.0159%

2.69E-04

5 -0.8219%

10 0.0157%

10 -0.8234%

15 0.0157%

15 -0.8239%

20 0.0156%

20 -0.8241%

25 0.0156%

25 -0.8243%

30 0.0156%

30 -0.8244%

35 0.0156%

35 -0.8244%

38.5 0.0156%

38.5 -0.8245%



3.30E-04

5 -1.6635%

3.38E-04

5 -2.4278%

10 -1.6644%

10 -2.4284%

15 -1.6647%

15 -2.4286%

20 -1.6648%

20 -2.4287%

25 -1.6649%

25 -2.4288%

30 -1.6650%

30 -2.4288%

35 -1.6650%

35 -2.4288%

38.5 -1.6650%

38.5 -2.4289%


3.48E-04

5 -0.0328%

10 -0.0328%

15 -0.0328%

20 -0.0329%

25 -0.0329%

30 -0.0329%

35 -0.0329%

38.5 -0.0329%



GRÁFICO PARA EL CAUDAL – Q1


1.550E-04

1.560E-04

1.570E-04

1.580E-04

1.590E-04

1.600E-04

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL- Q1

-8.250E-03

-8.240E-03

-8.230E-03

-8.220E-03

-8.210E-03

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL - Q2





-1.6655E-02

-1.6650E-02

-1.6645E-02

-1.6640E-02

-1.6635E-02

-1.6630E-02

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL - Q3

-2.4291%

-2.4288%

-2.4285%

-2.4282%

-2.4279%

-2.4276%

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL - Q4




-0.0329%

-0.0329%

-0.0329%

-0.0328%

-0.0328%

-0.0328%

-0.0328%

-0.0328%

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL - Q5



GRÁFICO COMPARATIVO:

-2.6E-02-2.5E-02-2.4E-02-2.3E-02-2.2E-02-2.1E-02-2.0E-02-1.9E-02-1.8E-02-1.7E-02-1.6E-02-1.5E-02-1.4E-02-1.3E-02-1.2E-02-1.1E-02-1.0E-02-9.0E-03-8.0E-03-7.0E-03-6.0E-03-5.0E-03-4.0E-03-3.0E-03-2.0E-03-1.0E-030.0E+001.0E-032.0E-03

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

GRÁFICO COMPARATIVO

CAUDAL - Q1

CAUDAL - Q2

CAUDAL - Q3

CAUDAL - Q4

CAUDAL - Q5



CONCLUSIONES:

1. Se puede concluye que en el esnayo realizado se demuestra que el Caudal de

entrada es igual al caudal de salida:

=

Donde:

( ) ( )

Por lo tanto:

( ) ( ) ( )

⁄

2. También se pudo ver que hubo una pérdida de energía en los flujos de entrada y

de salida. Porque las diferencias (∆H) de alturas del tubo pitot de entrada y salida

no son iguales; esto quiere decir que las velocidades cambian en el flujo de

entrada y salida.

3. Perdida de energía:

=

+ =

+ 0.083 = 0.0834

=

+ =

+ 0.085 = 0.0854

Podemos ver que con una pendiente no muy pronunciada el caudal normal es

subcritico.



4. Se concluye que la pendiente para distintos caudales, es descendete. Estos se

debe a que el tirante en el punto de salida (punto N° 2) es mayor al tirante del

punto de entrada (punto N° 1).

N° CAUDAL - Q (m3/s) PUNTO Y (m)

1 2.96E-04 Entrada 0.083

Salida 0.085

2 2.69E-04 Entrada 0.061

Salida 0.070

3 3.30E-04 Entrada 0.104

Salida 0.122

4 3.38E-04 Entrada 0.136

Salida 0.162

5 3.48E-04 Entrada 0.173

Salida 0.175

5. Para la determinación y/o calculo de la pendiente del tramo de entrada hasta la

salida, esta derminada por las siguientes formulas:

a. Primero se cacula la pendiente con la formula de Manning.

⁄

-1.6655E-02

-1.6650E-02

-1.6645E-02

-1.6640E-02

-1.6635E-02

-1.6630E-02

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL - Q3



b. Después se aplica la siguiente ecuación para el calculo de la

pendiente del tramo:

( )

Donde:

RECOMENDACIONES:

1. Se recomienda definir ciertos parámetros, ya que estos no facilitaran el cálculo

del ensayo. Como por ejemplo, principalmente tener en cuenta las unidades de

los parámetros.

Donde:

Q: caudal (m3/s)

( ) ( ) ( )

Donde:

q: caudal unitario (m2/s)

Y: peralte (m)

V: velocidad (m/s)

2. Se recomienda que el tubo de pitot del Abaco se encuentre a

de la base para

poder aforar las velocidades.

3. Se recomienda aclarar que el ensayo como resultado nos va dar una pendiente

positiva o negativa, y también nos va dar como resulatdo si la pendiente es

pronunciada o suave.

De acuerdo a los resultados de la pendiente vamos a determinar, si se tiene una

energía crítica, suscritica o supercrítica.

<1 CRÍTICA

=1 SUB CRÍTICA

>1 SUPER CRÍTICA



4. Se recomienda que la pendiente de canal abierto nunca va ser ascendente,

porque siempre el tirante de salida es mayor al tirante de entrada.

5. Se recomienda tener en cuenta para el caulculo de la pendiente en el tramo:

a. En la formula de Manning:

⁄

El parámetro “n”, ya este valor se determina según el material del

canal, como se puede obeservar algunos casos:

MATERIAL ( ⁄⁄ )

Mínimo Máximo

Cemento puro 0.010 0.013

Mortero de cemento 0.011 0.015

Ladrillo en mortero 0.012 0.017

Fundición sin revestir 0.012 0.015

Fundición revestida 0.011 0.013

Tierra 0.017 0.025

Corte en roca 0.025 0.035

Corriente lisa natural 0.025 0.033

Corriente pedregosa 0.045 0.060

Corriente con maleza 0.075 0.150

Metacrilato 0.009 0.010

Cristal 0.009 0.010

-1.6655E-02

-1.6650E-02

-1.6645E-02

-1.6640E-02

-1.6635E-02

-1.6630E-02

5 10 15 20 25 30 35 40

So

Longitud (m)

CAUDAL - Q3



b. En la siguiente ecuación:

Tener en cuenta para el caculo de la pendiente, que las

velocidades (vel. Entrada y vel. salida) se calculan en base al

caudal, tirante y solera del canal abierto.

( )⁄

flujo en canales abierto

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