guías para laboratorios de hidraulica

7/24/2019 Guas para laboratorios de Hidraulica

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UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAAFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERA CIVILLABORATORIO DE HIDRAULICA

PRACTICA 1: PATRONAMIENTO DE UN VERTEDERO

OBJETIVOObtener una curva de calibracin o de patronamiento del vertedero en laque se relacione el nivel del agua con el caudal que pasa.

MARCO TERICO

VertederoSe llama vertedero a una estructura hidrulica que intercepta unacorriente con superfcie libre, causando una elevacin del nivel de la

lmina de agua aguas arriba de la misma. Consiste en una cresta atravs de la cual se hace circular el caudal que se desea determinar.Dependiendo del espesor de su cresta pueden ser de cresta ancha o decresta delgada dependiendo si la lmina de agua tiene un recorridosobre la estructura o si la toca en un solo punto antes de la descarga.

os vertederos se emplean bien para controlar el nivel aguas arriba, esdecir, mantener un nivel aguas arriba que no e!ceda un valor l"mite, obien para medir el caudal circulante por un canal.

F!"r# 1$ Vertedero

Dnde#


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h$ Carga sobre el vertedero, espesor del chorro medido sobre la crestaL$ ongitud de cresta del vertedero %pared hori&ontal de la escotadura

en contacto con el l"quido'.d$ Distancia donde se reali&a la lectura de la descarga, igual o ma(or a4h

os vertederos pueden ser clasifcados de acuerdo a su )uncin en#

*ertederos de servicio# Son dise+ados para un uso )recuente deconduccin de u-o en condiciones normales ( crecidas, liberadasdel reservorio hacia aguas deba-o de la presa.

*ertederos au!iliares# Son dise+ados para un uso menos )recuente (pueden aceptar danos limitados cuando son usados.

*ertederos de emergencia# stn dise+ados para proteccinadicional en caso de rebalse de una presa, son usados ba-ocondiciones e!tremas, tales como )allas del vertedero de servicio uotras condiciones de emergencia.

/a( di)erentes clases de vertederos seg0n la )orma que se obligue aadoptar a la seccin de la vena liquida que circula por la abertura, demodo que puede ser#

1ectangular 2rape&oidal 2riangular Circular 3roporcional sutro

n los vertederos el caudal depende de la altura de la superfcie libre delcanal aguas arriba, adems de depender de la geometr"a4 por ello, unvertedero resulta un medidor sencillo ( e)ectivo de caudal en canalesabiertos. a ecuacin que relaciona el caudal ( la superfcie libre tieneuna )orma potencial ( es#

Q=C Hn


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Calibracin de vertederos# a gran ma(or"a de vertederos puedencalibrarse acuerdo a la ecuacin anterior. 5l calibrarlos lo que interesa eshallar los valores de C ( n que relacionan de la me-or manera los valores

de caudal ( carga hidrulica. 3ara ello la ecuacin anterior se lineali&a (luego se aplica una regresin#

Q=C Hn

log (Q )=log (C Hn )

log ( Q )=log (C)+n log(H)

F!"r# %$ D#to& '(e#')#do& de *#"d#' + *#r!# ,dr-"'*#

A=log (C)C10A

B=n

De esta )orma se pueden conocer las ecuaciones de calibracin para los

vertederos que cumplen con esta relacin Q ( H . Una ve&


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conocidas las ecuaciones de calibracin propias halladas en laboratoriose pueden comparar con las ecuaciones tericas desarrolladas para cadatipo de vertedero dependiendo de la )orma de su creta.

T#.'# 1$ E*"#*o(e& de /ertedero& *o0"(e&

To de/ertedero

E*"#*2( de *#'.r#*2( Rere&e(t#*2(

*ertederorectangulardecrestaagudasin

contracciones

QT=1.84Lh2

3

*ertederorectangulardecrestaagudaconcontracciones

QT=1.84 (L0.1nh) h2

3

n=nmero de contracciones

*ertederotriangulardecrestaaguda

QT=1.34h2.47

para =45

QT=0.775h2.47

para=30


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To de/ertedero

E*"#*2( de *#'.r#*2( Rere&e(t#*2(

*ertedero

trape&oidaldeCipolleti decrestaaguda

QT=1.859L h3

2

*ertederorectangulardecrestaancha

QT=1.45L h3

2

*ertederotipoSpill6a( decrestaancha

QT=2L h3

2

A'!"(o& /ertedero& de #red de'!#d# "do& e( e' '#.or#toro

Rectangular sin contracciones

Q=2

3Cdl 2 gH

3

2

Donde,

Cd, Coefciente de descarga.

l , ongitud de la cresta.

Rectangular con contracciones

Q=2

3Cdl '2 gH

3

2


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Donde,Cd, Coefciente de descarga.

l

'

10.2H

Triangular

Q= 8

15Cdtan

22 gH

5

2

Donde,

, 5ngulo de la escotadura del vertedero

Demostracin#

F!"r# 1$ Vertedero Tr#(!"'#r


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dQ=Cx2ghdh

dQ=2C(Hh ) 2 ghtan

2dh

tan

2=

L

2

H=

L

2H

3or seme-an&a de tringulos se tiene#

L

H=

x

Hh

x=L (Hh )H

tan

2=

x

2(Hh)

x=2 (Hh )tan2


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Q=2Cd 2gtan

20

H

(Hh )hdh

Hh1

2h3

2

()dh

Q=2Cd 2gtan

20

H

Q=2Cd 2gtan

2|23Hh

32

2

5h

52|0

H

Q=2Cd 2gtan

2[23H

5

22

5H

5

2]

Q= 8

15Cdtan

22 gH

5

2

T#.'#%$ V#'ore& C#r#*ter3&t*o& de Cd

5ngulo Cd

78 9.8: ; 9. ; 9. ; 9.@>

@9 9.89 ; 9.8?


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>9 9.89 ; 9.@9

Parablico

Q=Cd

4 2 gkH2

Donde,

y=kx2

es la ecuacin de la parbola que )orma la escotadura del

vertedero.

Trapezoidal

Q=2

32g ! H

3

2

Donde,b $ cresta hori&ontal del vertedero.

A $ Coe)iciente

Un vertedero trape&oidal en el cual la pendiente lateral es 7#?, %/# *',recibe el nombre de Cipolleti.

sta inclinacin de los lados es apro!imadamente la requerida paraasegurar una descarga a travs de la porcin triangular del vertederoigual a la reduccin debida a las contracciones laterales de un vertederorectangular.

Se ha encontrado e!perimentalmente que el coefciente g de unvertedero trape&oidal del tipo Cipolleti es 9.@=. 3or lo tanto, en elSistema Bnternacional de Unidades SB se tiene#

Q=1.86!H3

2


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PROCEDIMIENTO

7. i-e en el canal el vertedero a patronar.

:. 5bra la vlvula de alimentacin al sistema.

=. spere que el caudal se estabilice.

?. /aga una lectura de nivel mediante los pie&metros que seencuentran ubicados aguas arriba en el canal.

8. 5)ore mediante el mtodo volumtrico, el cual consiste encontabili&ar el tiempo de llenado de un recipiente de volumenconocido.

@. 1epita el proceso para otros cuatro caudales distintos, por lomenos.

DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

Volumen del recipiente: n el caso de calcular el caudal se va a calcularpor el mtodo volumtrico

T "1 "2 "3 "prom H="prom"0

Donde,/, 5ltura de la lmina sobre la cresta EmF.

/9, Givel desde el )ondo del canal hasta la cresta del vertedero EmF.

Hi, ectura de los pie&metros EmF.

2, 2iempo de llenado del recipiente EsF.


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C4LCULOS

7. Utili&ando los datos de la e!periencia, calcule por el mtodo de losm"nimos cuadrados los valores de C ( n para la )rmula general.2race la curva e!perimental I $)%/' que es de tipo potencial.

:. n el mismo e-e coordenado grafque la curva terica delvertedero.

=. Calcule para cada punto e!perimental el valor de Cd mediante su)rmula terica.

?. observe si dentro del rango de caudales se mantiene el coefcientede descarga constante, haga el promedio, reemplace en la )rmula

terica empleada seg0n el caso ( trace la curva correspondiente.

8. Calcule el porcenta-e de error que se introduce al calcular elcaudal con la )rmula terica.

@. 5nlisis ( conclusiones.

M5todo de 'o& 03(0o& *"#dr#do&

Q=CHn

logQ=logC+nlogH

logQ=y

logH=#

$=!+n#

!= yx2x xy

%x2( x )2


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n=%xy x y

%x2( x )2

Donde,

G# G0mero de puntos considerados.

PRACTICA %: CONSTRUCCIN 6 PATRONAMIENTO DE UNVERTEDERO

OBJETIVOS

Construir ( patronar un vertedero de cresta aguda ( otro de crestagruesa en el laboratorio.

PROCEDIMIENTO

7. Seleccionar el tipo de vertedero a construir geometr"a. l

vertedero de cresta ancha ( el de cresta aguda deben tener lasmismas dimensiones en vista )rontal.

:. scoger el material en que ser construido el vertedero.

=. Construir el vertedero#

5ncho m!imo del vertedero $ 9.=9 m.


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5ltura m!ima /9$ 9.:9 m./9es la vertical le"da desde el )ondo del canal hasta la parte msba-a de la escotadura o cresta del vertedero. *er rror# 1e)erence

source not )ound.

?. Bnstale el vertedero de cresta aguda en el canal rectangular dependiente variable %Usar plastilina para sellar las )ugas'

8. 5bra la vlvula de alimentacin del tanque de carga constante.

@. Cierre la vlvula o compuerta que alimente desde este tanquecualquier otra estructura o modelo.

. spere que el caudal se estabilice.

79. Kediante una caneca de volumen conocido mida el tiempode llenado de sta.

77. n los pie&metros haga lecturas de la altura de la lmina deagua.

7:. 1epita el proceso para die& caudales distintos.7=. Bnstale el vertedero de cresta ancha en el canal ( repita el

proceso desde el numeral 8.


Volumen del recipiente: n el caso de calcular el caudal se va a calcularpor el mtodo volumtrico

Vertedero de cresta aguda:

T "1 "2 "3 "prom H="prom"0


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Donde,/, 5ltura de la lmina sobre la cresta EmF.


&, ectura de los pie&metros EmF.


Vertedero de cresta ancha:

T "1 "2 "3 "prom H="prom"0

Donde,

/, 5ltura de la lmina sobre la cresta EmF.


H, ectura de los pie&metros EmF.


C4LCULOS E INFORME

7. Bnclu(a una consulta m"nimo @ pginas bibliogrfca sobre los dostipos de vertederos que constru(.

:. Obtenga la curva de calibracin para el vertedero de cresta aguda.5-uste de tipo potencial.


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=. Obtenga la curva de calibracin para el vertedero de cresta ancha.5-uste de tipo potencial.

?. Compare las dos curvas de tipo potencial obtenidas. 5nlisis (consideraciones.

8. Conclusiones.

PRACTICA 7: ESTUDIO DE UNA COMPUERTA

OBJETIVOS

Obtener los coefcientes de descarga ( de contraccin de una compuerta

para di)erentes aberturas ( condiciones de operacin.

MARCO TEORICO

Una compuerta est defnida como una abertura en una presa o algunaotra estructura hidrulica que sirve para controlar el paso del agua.3resenta propiedades hidrulicas como la de los orifcios.


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F!"r# 1$ Co0"ert# /ert*#' de&')#(te de Cre&t# A!"d#

a descarga ba-o una compuerta puede ser libre o sumergida. adescarga libre se caracteri&a porque ha( presencia de un chorro queu(e por deba-o de la compuerta. sta condicin hace que el coefciente

de contraccin Cc dependa directamente del n0mero de roude.

3lanteando Lernoulli entre 5 antes de la compuerta ( L despus de lacompuerta se tiene#

&2A

2g+ha=

&2

B

2g+y+h %7'

Como y=CcA y h (0 , se tiene,

&2A

2g+ha=

&2

B

2g+Cc+a %:'


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)B2(Cc

2a2

ha22g

1

2 g )=Caha

)B2( Cc

2a2h2

2g )=Caha

)B2=

2 g (Ccaha )Cc

2a2ha

2

2 g (Ccaha )Cc

2a

2ha(Cca+ha )

)B=

2g

Cc

a

+ha

Como,

Caudal $ Q=!ha&A=!y& B

&A=Cca&B

ha %='

1eempla&ando = en :,


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Cc2a2&2B

ha22g

+ha=&2

B

2 g+Cca %?'

Despe-ando & B se tiene,

y=1

22 %8'

3or lo tanto el caudal ser,

Q=!aCc&B %@'

n canales rectangulares el caudal que pasa a travs de una compuertase e!presa por unidad de ancho para )acilitar los clculos ( se llamacaudal unitario de salida#

*=Q! %'


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Donde,

C= Cc

1+Cc

a

ha

%79'

Despe-ando Cc en la ecuacin %79' se obtiene

Cc=C(1+Ccaha) %77'

Coefciente de contraccin medido e!perimentalmente#

Cc=$media

a %7:'

Gotacin

a , 5bertura de la compuerta.

ha , 5ltura antes de la compuerta.

C, Coefciente de descarga.

Cc, Coefciente de contraccin.

M, 5ltura de la lmina despus de la compuerta seccin contra"da.

PROCEDIMIENTO

7. sco-a tres aberturas de la compuerta ( medir el ancho del canal.

:. 5bra la vlvula de alimentacin del tanque de carga constante.


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=. Cierre la vlvula o compuerta que alimente desde este tanquecualquier otra estructura o modelo.

?. 3renda una motobomba.

8. De-e llenar el tanque hasta su rebose.

@. spere que el caudal se estabilice.

. i-e la segunda ( posteriormente la tercera abertura de lacompuerta seleccionadas ( reali&ar nuevamente el proceso desdeel numeral %8'.

79. 1epita el proceso para tres caudales distintos.


Volumen del recipiente:n el caso de calcular el caudal se va a calcular

por el mtodo volumtrico

ha + T

Donde,

ha, Givel antes de la compuerta EmF.

(, Givel despus de la compuerta EmF.



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C4LCULOS

7. Calcular el caudal que circula por el canal.

:. Calcular los coefcientes de descarga C ( de contraccin Ccpara los di)erentes caudales ( promediar los valores obtenidos.

=. Determinar apro!imadamente el coefciente de contraccin Ccdividiendo la altura de la lmina en la seccin contra"da por laabertura de la compuerta.

?. Comparar los valores de Cc obtenidos en el numeral : ( = con elvalor terico

Cc=

+2=0.611 .!plicar.

8. Kediante la aplicacin del teorema de Lernoulli demostrar, conbase en los valores de la prctica, que la prdida de energ"a atravs de la compuerta es mu( peque+a.



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PRACTICA 8: MEDICIN DE VELOCIDADES EN CANALES CONTUBOS DE PITOT

OBJETIVOS

5)orar un canal mediante el uso de tubos de 3itot. /acer un diagrama de isovelocidades en una seccin de un

canal determinado.

MARCO TERICO

!isten diversos mtodos para medir velocidades de u-o en laboratorio.Uno de ellos es el uso de tubos de 3itot.

l tubo de 3itot no mide directamente la velocidad, pero permite obteneruna variable que est relacionada con la velocidad de manera mu(directa.


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l tubo de 3itot es un tubo delgado de vidrio u otros materiales con undoble& en ngulo recto que se coloca de tal manera que la abertura deltubo quede contra la corriente4 el uido se introduce a travs de la

abertura hasta que la presin desarrollada en el interior del tubo resistael impacto de la velocidad de escurrimiento.

Kediante el tubo de 3itot se puede medir la presin de estancamiento, lacual es conocida como presin total. sta est compuesta de la presin

esttica h9 ( la presin dinmica + h . a presin dinmica se relaciona

con la carga de velocidad.

F!"r# 1$ T".o de Ptot &0'e


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l l"quido que est en )rente del tubo se encuentra en reposo punto L,de estancamiento ( la l"nea de corriente que une los puntos 5 ( L sedivide despus que esta llega a L ( contin0a alrededor del tubo. 3or lotanto, la presin en L se conoce al medir la columna del l"quido ( queest dentro del tubo. De esta manera, planteando Lernoulli entre 5 ( L,tenemos#

&2

2 g+

,A

-=

,B

-=h0++ h

Ma que los dos puntos estn en el mismo nivel ( que,A

- =h0 , la

e!presin anterior se reduce a#

&2

2 g=+ h %7'

Un instrumento para medir la velocidad es el tubo esttico usado enconductos. Este dispositivo consiste en un tubo cerrado en un extremo


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dirigido contra la corriente! sin embargo" posee pe#ue$os agu%eros en

la parte cil&ndrica deba%o de la punta' (e supone #ue el )u%o cercano a

las pe#ue$as aberturas no su*re alteracin alguna! de cual#uier manera"

existen disturbios debido a la presencia tanto de la punta del tubo comode la rama en *orma de +ngulo recto perpendicular al )u%o' El tubo

est+tico debe calibrarse" a #ue puede dar lecturas mu altas o mu

ba%as', Re*' -'

5l medir la presin esttica ( la presin total mediante un instrumento (conectar cada una de estas presiones a un manmetro di)erencial sepuede medir la presin dinmica.

F!"r# %$ T".o de Ptot &0'e

l tubo esttico ( el tubo de 3itot se pueden combinar en un mismoinstrumento, llamado tubo de 3itot esttico, obteniendo la siguienteecuacin#

&=c

2g. '(

/0

/1) %:'

Donde,v, velocidad del uido EmNsF.


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C, es un coefciente de correccin.

g, aceleracin de la gravedad EmN s2

F.

S, gravedad espec"fca del uido %agua' en movimiento ES $ 7F.

/0 , gravedad espec"fca del l"quido en el manmetro.

.on el ob%eto de #ue los e*ectos de la nariz la rama vertical del tubo

se cancelen entre s&" se ha dise$ado una *orma particular de tubo de

Pitot est+tico" llamado tubo de Prandtl" el cual" con su nariz despuntada"

permite #ue c / 0 en la ecuacin anterior,E1e). JF. l aboratorio de/idrulica cuenta con este instrumento.

PROCEDIMIENTO


:. Cierre la vlvula o compuerta que alimente desde este tanquecualquier otra estructura o modelo.

=. 3renda una motobomba.

?. De-e llenar el tanque hasta su rebose.

8. spere que el caudal se estabilice.

@. /aga una lectura del tirante en los tableros pie&omtricos ad-untosal canal.

. 1ealice el proceso para = caudales distintos.



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Volumen del recipiente:n el caso de calcular el caudal se va a calcularpor el mtodo volumtrico

1ncho del canal:

7. 2irante#

2iempo de llenado del recipiente#

9 + H

Donde,

, 5bscisa en el canal EmF.

M, 3ro)undidad en la que se hi&o lectura con el tubo de 3itot EmF.

/, ectura en el tubo de 3itot EmF.

:. 2irante#


9 + H

=. 2irante#


9 + H


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C4LCULOS

7. Determinar el caudal que pasa mediante el mtodo volumtrico.

:. 5l conocer la distribucin de velocidades ( la geometr"a del canal,hallar el caudal con a(uda de un plan"metro ( compararlo con el

obtenido en el numeral %7'.=. Comparar la velocidad media obtenida para los numerales uno ( el

dos.

?. /acer los grfcos de isovelocidades a escala para las tres tomasde datos hechas en el laboratorio.

8. Se+alar algunas recomendaciones ( )uentes de error si sepresentan.



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PRACTICA : CALIBRACIN DE UN TUBO DE PITOT

OBJETIVO

3atronar un tubo de 3itot

MARCO TERICO

Uno de los dispositivos ms utili&ados en la medicin de variables comola velocidad en tuber"as es el tubo de 3itot.

F!"r# 1$ T".o De Ptot


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n esta prueba, la calibracin de un tubo de 3itot consiste en que sobreuna tuber"a que transporta un uido llegan dos tuber"as de la siguiente)orma#

Una, ubicada en la parte superior de la tuber"a, en contacto con el uido( con una e!tremidad doblada en la direccin de la corriente, quecorresponde al tubo de 3itot a calibrar.a otra, ubicada en la parte in)erior de la tuber"a ( conectada medianteun orifcio.

3osteriormente, se establece una relacin entre la velocidad en latuber"a ( la di)erencia de lecturas en el manmetro di)erencial demercurio %1P'.

&=C2g. '[ /0/1] %7'Donde,*, velocidad del uido EmNsF.

C, es un coefciente de correccin.

g, aceleracin de la gravedad EmN s2

F.

S, gravedad espec"fca del uido %agua' en movimiento ES $ 7F

/0 , gravedad espec"fca dei mercurio.

PROCEDIMIENTO

7. *erifque que las tuber"as que llegan al manmetro di)erencial demercurio estn cebadas ( que las vlvulas de entrada a l estn

cerradas.

:. 5bra la vlvula de alimentacin del tanque de carga constante.

=. Cierre la vlvula o compuerta que alimente desde este tanquecualquier otra estructura o modelo.

?. 3renda una motobomba.


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8. De-e llenar el tanque hasta su rebose.

@. 5l mismo instante abra las vlvulas de alimentacin al manmetrodi)erencial de mercurio ( haga lecturas del nivel i&quierdo (derecho.


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Calcular por el mtodo de los m"nimos cuadrados los valores de C ( npara la )rmula general.

C#"d#'N; "i *0 "o *0 C#"d#''&

1%78

1

7. Calcular los caudales de la prueba con base en la ecuacin decalibracin del vertedero de a)oros que se est esperando en elmomento de la prueba.

:. Obtener la velocidad en la temperatura para cada caudal con base

en la e!presin Q=)A donde 5 es ei rea interior de la tuber"a.

=. n la ecuacin %7', despe-ar el valor de C para cada caudal (obtener un promedio aritmtico de los 79 valores.

?. 3lantear la ecuacin de la calibracin del tubo de 3itot.

8. Se+alar algunas recomendaciones ( )uentes de error si sepresentan.



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PRACTICA : AFORO EN CANALES MEDIANTE EL MINIMOLINETE

OBJETIVO

Determinar el caudal que pasa por un canal.

MARCO TEORICO

5)orar una corriente consiste en determinar el caudal que pasa por unaseccin dada. a velocidad se obtiene mediante un aparato que se llamamolinete el caudal tiene una hlice que gira impulsada por el uido quepasa (, mediante un mecanismo elctrico el n0mero de giros escontabili&ado para luego esta velocidad angular convertirla a velocidaddel agua mediante una ecuacin de calibracin que suministra el)abricante para esa hlice en particular.

F!"r# 1$ D/&2( de '# &e**2( de' r3o e( do/e'#&


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l mtodo a utili&ar es el de relacin seccin velocidad que consiste en

)raccionar la seccin transversal del cauce en dovelas o sub reas (medir la velocidad &mi en el centro de cada una de ellas.

Se halla el rea ai para cada dovela ( posteriormente mediante la

ecuacin de continuidad, se determina el caudal que pasa por cada una#

*i=ai &mi

a velocidad media se puede obtener a una pro)undidad de0.50

yi

cuando el tirante yi no es mu( grande %menor de O.@9m'4 en caso

contrario es pre)erible reali&ar dos lecturas a pro)undidades 0.20yi (

0.80yi para as" determinar la velocidad media por dovela de la

siguiente )orma#

&mi=&0.20+&0.80

2 %7'

3osteriormente, el caudal total se obtiene sumando los caudalesparciales obtenidos para cada dovela.


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QT0TAL=i=1

n

* i %:'

Donde,n es el n0mero de dovelas.

PROCEDIMIENTO

7. nsamblar el molinete ( anotar la re)erencia de la hlice a usar.

:. 3osicionarse en el canal metlico rectangular de apro!imacinhacia el vertedero de a)oros ( )raccionar la seccin en 8 dovelas

para hacer lecturas de velocidades.=. 5brir la vlvula de alimentacin al modelo integral de Kiel B

e!istente.

?. ncender la motobomba.

8. stabili&ar el nivel del agua en el canal.

@. /acer lecturas de velocidades a 0.20yi ( 0.80yi del tirante.


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9.J9

%9.:9

9.J97

9.:99.J9

89.:99.J9

9.:99.J9

QT0TAL=i=1

n

* i

.audal

5ltura de la lmina de agua#

DOVELA

hi K !ro& & i[m

s] &mi[ m/s ] #(*,o ai[ m

2 ] *i [ s ]

19.:99.J9

%9.:99.J9

79.:99.J9

89.:99.J9

9.:99.J9

QT0TAL=i=1

n

* i

.audal

5ltura de la lmina de agua#


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DOVELA

hi K !ro& & i[m

s] &mi[ m/s ] #(*,o ai[ m

2 ] *i [s ]

19.:99.J9

%9.:99.J9

79.:99.J9

89.:99.J9

9.:99.J9

QT0TAL=i=1

n

* i

C4LCULOS

7. Calcular el caudal mediante el mtodo de seccin velocidad.

:. 5 partir del vertedero metlico de a)oros que se encuentra aguasaba-o, hallar el caudal que pasa.

=. Comparar los caudales obtenidos en el numeral %7' ( %:',mencionando )uentes de error ( recomendaciones.

?. 5nlisis ( conclusiones.

Si el vertedero es el triangular metlico que se mane-a en el laboratorio,la curva de calibracin es#

Q=0.01194H2.364

Donde, H=H'"0


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/P $ 5ltura de la lmina de agua EmF

"0 $ 9.9


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PRACTICA : ESTUDIO DEL FLUJO UNIFORME 6 ESTIMACIN DECOEFICIENTES DE RUGOSIDAD EN UN CANAL

OBJETIVOS

3roducir un u-o uni)orme en el canal de pendiente variable,calculando la pro)undidad cr"tica del u-o ( la pendiente critica.

Describir las caracter"sticas del u-o uni)orme. Obtener valores e!perimentales de coefcientes de rugosidad del

canal.

MARCO TEORICO

Consideramos u-o uni)orme cuando este tiene las siguientescaracter"sticas#

3ara un instante de tiempo la pro)undidad, rea mo-ada, velocidad( caudal permanecen constantes

ncontramos que la l"nea de energ"a, la superfcie del agua ( el)ondo del canal son paralelos, por lo tanto sus pendientes son

iguales, o / =/1=/c=/

Cuando el u-o ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistenciaa medida que u(en aguas aba-o. sta resistencia por lo general escontrarrestada por las componentes de )uer&as gravitacionales queact0an sobre el cuerpo de agua en la direccin del movimiento. Se darncondiciones de u-o uni)orme cuando la resistencia se balancea con las)uer&as gravitacionales. l tramo de aguas arriba que se requiere para elestablecimiento de u-o uni)orme se conoce como &ona transitoria ( se

caracteri&a por su u-o acelerado ( variado. a altura de la lmina deagua en el u-o uni)orme se conoce como pro)undidad normal.


40/79



F!"r# 1$ E&t#.'e*0e(to de "o "(or0e e( "( *#(#' '#r!o

s mu( importante para el tratamiento de los problemas que sepresentan en el dise+o de canales, debido a que para determinar el ream"nima de la seccin transversal en un canal al que se le ha asignadouna determinada pendiente, una rugosidad ( un posible caudal quetransitar por l, el criterio de u-o uni)orme es determinante porencima de otros criterios.

l u-o uni)orme se puede presentar en )orma permanente, laminar,turbulento, cr"tico, sub cr"tico o supercr"tico.

cuaciones para el clculo de la velocidad en u-o uni)orme#

F2r0"'# e03r*#:


41/79



&=2.Hx /0

y

%7'

Donde,

2 , constante de resistencia, depende del G0mero de 1e(nols, ( de la

)orma ( la rugosidad del canal.

x 3 y 3 e!ponentes emp"ricos.

.H , radio hidrulico de la seccin del u-o.

/0 , pendiente longitudinal del )ondo del canal.

F2r0"'#& de C,5)+:

Coefciente de Ch&( en )uncin del coefciente de Darc(,

C=8 g %:'

3ara el clculo del coefciente de )riccin ) se utili&a la )rmula deColebrooR hite,

1

=0,86ln ( 4

14,83.+ 2,52

%. ) %='

*elocidad


42/79



&=c .H/0

%?'

Caudal

Q=cA.H /0 %8'

C= &

.H

1

2 /0

1

2 %@'

Donde, , coefciente de )riccin que depende de la rugosidad de las paredes

del conducto ( del tipo de u-o.

g , aceleracin de la gravedad %>,J7m

s2 '.

4 , valor de la rugosidad absoluta del material de las paredes del canal

%para el acr"lico es 9,9999978'.

%. , n0mero de 1e(nolds4 de)inido por ?*1NT, donde, * es la velocidad

media en la seccin del canal %mNs', T es la viscosidad cinemtica delagua %m:Ns' ( 1 el radio hidrulico.

5, rea de la seccin transversal %m:'.

1/, radio hidrulico de la seccin del u-o %m'.


F2r0"'#& de M#(((!:

Coefciente de Kanning#


43/79



C=

n.H

1

6

%'

Donde,

n, coefciente de rugosidad de Kanning, para el acr"lico es 9,99>

, constante cu(o valor es 7.99998?@ % m

1

3

s'.

E*"#*o(e& de Co'e.roo Q,te #r# "o& # re&2( e(t".er3#&

1

=2log(

4

5

3.7+2.51

.) %79'

*elocidad

&=22g5/ log( 4

5

3.7+

2.51&

5 2 g5/) %77'


44/79



Caudal

Q=52

2 2g5/ log(

4

5

3.7+

2.51&

5 2g5/ ) %7:'

E*"#*o(e& de D#r*+ Qe&.#*, Co'e.roo Q,te #r# e'*-'*"'o de' "o "(or0e e( *#(#'e& #.erto&:

3artiendo de las ecuaciones anteriores de ColebrooR hite para u-os

a presin en tuber"as ( haciendo 5=5 6=4.H 3 4=2 y / =/0 , se tiene#

&=22g (4.H) /0log( k

4.H

3.7 +

2.51&

4.H2 g (4.H) /0 )

&=32g (.H) /0log(

k

14.8.H+

2.51&

128g (.3H) /0)

&=32g .H /0log( k14.8.H+ 1.255 &

.h 32 g .H /0) %7='

5plicando Q=)A , se tiene,

Q=A32 g .H /0log( k14.8.H+ 1.255&

.h 32g .H/0) %7?'


45/79



Donde, , coefciente de )riccin que depende de la rugosidad de las paredes

del conducto ( del tipo de u-o.D, dimetro del conducto %m'.

4 , coefciente de la rugosidad absoluta de la pared interior de la

tuber"a.

g, aceleracin de la gravedad %>,J7m

s2 '.

/ , pendiente de la l"nea de energ"a.


V, coefciente de la rugosidad de las paredes del canal %para el acr"licoes 9,9999978'.

5, rea de la seccin transversal % m2

'.

1/, radio hidrulico de la seccin del u-o %m'.

PROCEDIMIENTO





8. De una pendiente al canal ( )"-ela.

@. 5bra la vlvula de alimentacin al canal de pendiente variable enacr"lico hasta obtener un u-o uni)orme a simple vista.


46/79




47/79



L, es l el ancho del canal.

h&n , es la carga sobre el vertedero para cada tramo.

$n , es la pro)undidad normal promedio del u-o para cada ensa(o.

.H , radio hidrulico. .H=A

,

NOTA# 1epetir la prctica modifcando la rugosidad del )ondo o de lasparedes del canal.

PRACTICA : ESTUDIO DE LA ENERGA ESPECFICA

OBJETIVOS

Dibu-ar la l"nea de energ"a total / para un caudal.Determinar la energ"a espec"fca m"nima en un rgimen de u-o cr"tico.

MARCO TEORICO

a l"nea de energ"a de un u-o a superfcie libre est representada poruna l"nea que parte de un punto que tiene de re)erencia la elevacin del)ondo del canal por el que transita el uido, ms el espesor de la lminade agua, ms la cabe&a de velocidad del uido. a pendiente de estal"nea indica la prdida unitaria de energ"a en la direccin del u-o.

H=7+y+&

2

2g %7'

Donde,(, es la pro)undidad de la lmina de agua,

&, es la elevacin del )ondo del canal,

v, es la velocidad del uido,


48/79



g , es la )uer&a de gravedad.

a energ"a espec"fca de un u-o que transita por un canal se defnecomo la energ"a por unidad de peso del uido medida con respecto al)ondo del canal para un punto.

y+&

2

2 g %:'

n )uncin del caudal resulta# y+ Q

2

2 g A2

5, es el rea de la seccin transversal del u-o.

a l"nea de energ"a total / tiene todos los puntos a una distancia B sobrela superfcie.

Si se tiene un caudal constante se puede obtener la curva vs ( paradefnir las caracter"sticas ( condiciones del u-o, en esta curva sepueden determinar#

la pro)undidad cr"tica yc , para canales rectangulares es#

yc=3 Q

2

gB2 %='

el rea cr"tica Ac , para canales rectangulares es# A c=Byc'

L es el ancho de la seccin transversal.


49/79



a energ"a espec"fca m"nima 8min , para canales rectangulares es#

8min=Cc=$media

a ,

a velocidad cr"tica&c=

Q

Ac

l u-o cr"tico ocurre cuando el n0mero de roude es igual a uno

&

g5=1 , en este punto la energ"a espec"fca es m"nima, para el caso

en que la pendiente es mu( ba-a, casi cero.

D, es el radio hidrulico D $ 5N2

5, es el rea hidrulica de la seccin ( 2, es el ancho de la superfcielibre.

3ara pendientes )uertes, el n0mero de roude queda e!presado por#

%9= &

g5cos %?'

, es el ngulo de inclinacin del canal.

PROCEDIMIENTO






50/79



8. Sobre el canal hori&ontal, ubique un escaln %que puede ser uncubo construido en acr"lico' ( un vertedero previamente patronadoen el canal.

@. 5bra la vlvula de entrada al canal en acr"lico de pendientevariable.

. /aga lecturas de nivel con pie&metros aguas arriba del vertedero.

79. 2ome lecturas de nivel en cada seccin para el )ondo delcanal, la superfcie libre ( el nivel del escaln.

77. Kodifque la pendiente del canal %pendiente )uerte'.

7:. /aga circular un caudal ( a)orarlo.

7=. 5 lo largo de la estructura determine m"nimo die&pro)undidades de la lmina de agua.


1$ P#r# e' *#(#' ,or)o(t#':

E(+oN;

h&

=*0>

m3

( s)

=*0>

y1

=*0>

y2

=*0>

y3

=*0>

$$yn

=*0>

1%

Donde,

h& es la carga sobre el vertedero.

H, es la elevacin del )ondo del canal.


51/79



(, son la pro)undidades de la lmina de agua.

yc ' es la pro)undidad cr"tica.

%$ P#r# e' *#(#' *o( "erte e(de(te:

E(+oN;

h&

=*0>

m3

( s)

=*0>

y1

=*0>

y2

=*0>

y3

=*0>

$$yn

=*0>

yc

=*0>

1

%

Donde,

h& , es la carga sobre el vertedero.


(, son la pro)undidades de la lmina de agua.

$c ' , es la pro)undidad cr"tica.

C4LCULOS

7. 3ara el primer ensa(o con el canal hori&ontal, calcular el caudal (la pro)undidad cr"tica.

:. Construir un grfco de energ"a espec"fca vs pro)undidad de la

lmina de agua (.=. 3ara el canal con pendiente )uerte calcular el caudal ( la

pro)undidad cr"tica ( ubicarla en la estructura.

?. Construir un grfco de energ"a espec"fca vs pro)undidad de lalmina de agua (.


52/79



8. Defnir la &ona de u-o cr"tico, sub cr"tico ( supercr"tico ( ubicarlosen el grfco.

@. *erifcar el n0mero de roude.


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PRACTICA : ESTUDIO DE LA FUERA ESPECFICA

OBJETIVOS

Determinar la )uer&a e-ercida sobre la cara de un prisma (compararla con la presin hidrosttica.

Comparar las curvas de )uer&a ( energ"a espec"fca.

MARCO TEORICO

Si en un canal por el que transita un uido se ubica un ob-eto, stepuede e-ercer una )uer&a 3 en contra del sentido del u-o ( esta )uer&a 3es la que se utili&a en la ecuacin de cantidad de movimiento paradeterminar la )uer&a espec"fca.

,

,g=( Q

2

gA2+A2y2)( Q

2

gA1+A1y1) %7'

a )uncin de momento o )uer&a espec"fca K es#

(Q2

gA+Ay ) %:'

n las ecuaciones anteriores,

3, es la )uer&a que e-erce el obstculo sobre el uido en %G'.

: , es la densidad del uido en (2gm3 ) .

g, es la )uer&a de gravedad.


54/79



I, es el caudal en ( m3

s) .A2 , rea de la seccin transversal aguas aba-o del obstculo en % m

2

'.

A1 , rea de la seccin transversal aguas arriba del obstculo en % m2

'.

y1 , distancia desde la superfcie al centroide del rea A1 .

y2 , distancia desde la superfcie al centroide del rea A2 .

3ara un canal rectangular la )uer&a espec"fca puede e!presarse en)uncin del caudal unitario q#

;=*

2

gy+

y2

2 %='

a curva de )uer&a espec"fca se obtiene grafcando pro)undidad de lalmina de agua vs )uer&a espec"fca.5l grafcar la curva se puede obtener el valor m"nimo de la )uer&aespec"fca ( para un canal de seccin rectangular en este punto se

encuentra la pro)undidad cr"tica yc '

*2

gy3=1

)2

2 g=

y

2


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*=gy3c

cuacin de energ"a espec"fca#

8=y+)

2

2g

5plicando la segunda le( de Ge6ton se puede obtener el caudal en)uncin de la lmina de agua sobre el obstculo

*=0,4332g( y1y1+h )1

2 H

3

2

%?'

Donde,h, es la altura de la lmina de agua por encima del obstculo%vertedero'.

PROCEDIMIENTO





8. Con el canal hori&ontal, ubique un cubo que servir comoobstculo.

@. 5bra la vlvula de entrada al canal de acr"lico de pendientevariable.


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y1

=*0>

y2

=*0>

y3

=*0>

$$yn

=*0>

h1

=*0>

h2

=*0>

1%

Donde,

h, es la pro)undidad de la lmina de agua sobre el prisma.


yi , son las pro)undidades de la lmina de agua en el canal antes del

prisma.

C4LCULOS

7. Defnir el volumen de control del sistema

:. Construir las curvas de )uer&a espec"fca ( energ"a espec"fca,anali&ar qu ocurre en el tramo donde se encuentra el obstculo.

=. Kediante el uso de la segunda le( de Ge6ton ( con a(uda de losgrfcos determinar la )uer&a e-ercida sobre el obstculo.

?. Comparar si la )uer&a e-ercida sobre la cara del ob-eto es igual a lapresin hidrosttica sobre la cara.


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8. 5plicando la ecuacin de cantidad de movimiento verifcar lae!presin para caudal unitario en )uncin de la carga de aguasobre el obstculo.


PRACTICA 1:ESTUDIO DE UN RESALTO HIDR4ULICO

OBJETIVOstudiar e!perimentalmente en un canal rectangular el resaltohidrulico.

MARCO TEORICO

Cuando en un canal el rgimen de u-o cambia de turbulento u-osupercr"tico a tranquilo ;u-o sub cr"tico se produce generalmente el)enmeno de 1esalto /idrulico.


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F!"r# 1$ For0# de ro/o*#r e' re'to ,dr-"'*o e( e''#.or#toro

l resalto hidrulico es un e-emplo de u-o permanente no uni)orme quese caracteri&a por un aumento brusco de pro)undidad en la regin delimpacto entre una corriente rpida ( una corriente lenta, acompa+adode una inestabilidad de la superfcie ( una continua me&cla de aire (agua. ntre los tipos7 de resaltos en )ondos hori&ontales podemosmencionar a los siguientes que dependen del n0mero de roude : delu-o entrante#

X9

1 $ 7 a 7.< 1esalto ondulante.

X 91 $ 7.< a :.8 1esalto dbil.

X 91 $ :.8 a ?.8 1esalto oscilante.

X 91 $ ?.8 a >.9 1esalto estable.

X

91

$ > ( 0a(ores, 1esalto )uerte.

F!"r# %$ Re'to ,dr-"'*o

7Ven te .ho2" 3idraulica de .anales 1biertos 05567'

:0 el )u%o es cr&tico no se *orma resalto'


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ntre las aplicaciones ms importantes del resalto=hidrulico se tienen#

Su uso como disipador de energ"a en aquellos casos en los cualesun u-o con gran energ"a cintica puede causar erosin per-udicialsobre estructuras hidrulicas.

1ecuperar altura ( aumentar el nivel del agua en un canal deirrigacin o de abastecimiento de agua. Ke&clar qu"micos en eltratamiento de aguas.

5ireador del agua.

?Cuando la velocidad se reduce repentinamente de magnitud de )1 a

)2 se presentan condiciones )avorables para el resalto que pueden ser

anali&adas mediante el teorema de la cantidad de movimiento.

n e)ecto, el impulso en la unidad de tiempo ser igual a la di)erencia depresiones hidrostticas antes ( despus del resalto.

= 2ambin conocido como resalto hidrulico

? sta prctica es tomada de 1e) E@F# GBYO, 1oberto otros, Kanual deprcticas de hidrulica, Universidad Gacional de Colombia, Logot


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9192=!-y1

2

2

!-y22

2 %7'

a variacin de la cantidad de movimiento en la unidad de tiempo es#

;2;1=-Q

g ( )2)1 ) %:'

uego,

!-y12

2

!-y22

2 =

Q-

2 ()2)1) %='

Combinando esta e!presin con la ecuacin de continuidad (simplifcando, se obtiene#

y2

y1=

1

2(1+8%912 1) %?'

en que,

%91= )1

gy1 %8'

s el n0mero de roude correspondiente al u-o antes del resalto.

Como se puede observar en esta e!presin, la relacin en que deben

estar las pro)undidades y1 ( y2 antes ( despus del resalto,

llamadas con-ugadas o secuentes ( depende 0nicamente del n0mero deroude. 3or este motivo, es de esperar que otras relaciones, tales como

la prdida de carga relativa + H

y2 que se produce en el resalto, ( la


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longitud de resalto L

y2 , depende tambin del n0mero de roude del

u-o de llegada.

Usando la ecuacin de Lernoulli, en con-unto con las e!presiones vistasanteriormente, es posible calcular la variacin de la prdida de cargarelativa en el resalto. a longitud relativa de resalto debe ser calculadae!perimentalmente.

3ara calcular una pro)undidad con-ugada con otra conocida,generalmente suele e!presarse la relacin obtenida anteriormente en la)orma

y2=y12


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79. Kida la longitud delresalto hidrulico.

77. 5)ore por medio de unrecipiente de volumenconocido, al que se lecontabili&a el tiempo de llenado.

7:. 1epita el proceso para las otras ? aberturas seleccionadas.


Volumen del recipiente

3ara cada una de las cinco aberturas#

Te0o de ''e(#do ?&@:

5bertura de la compuerta EmF#

C4LCULOS

7. Dibu-e las l"neas pie&omtricas ( las l"neas de energ"a, a partir del)ondo del canal.

:. Determine con el medidor de agu-a los tirantes y1 ( y2 .

Compruebe si se cumple la siguiente e!presin#

Pe)20etro

Tr#(te?0@

D&t#(*# ?0@


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y2

y1=

1

2(1+8%912 1)

Sabiendo que,

%92=

)21

gy1

=. Determine la prdida de energ"a debida al resalto,

+ 8=($1+

)12

2 g)($2+

)22

2g)Con y1 ( y2 medidos.

Compruebe que este valor cumple con la e!presin terica#

+ 8=($2$1 )

3

4$1 $2

Con $1 medido ( $2 calculado seg0n %:'.

?. Compruebe que la longitud del resalto vale apro!imadamente#

L=5 ($2$1 )

8. Qrafque la curva de energ"a espec"fca correspondiente al resalto

hidrulico. 5bscisas , ordenadas M, donde es la energ"aespec"fca ( ZM[ la pro)undidad de la lmina de agua antes odespus del resalto Calcular para antes ( despus del resalto (cada ve& que se cambia la abertura de la compuerta. Se toman 8aberturas ( I constante.


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@. Qrafque la curva de la )uer&a espec"fca correspondiente alresalto. 5bscisas# , Ordenadas# M.

Not#:3ara completarlas grfcas de energ"a espec"fca ( )uer&a

espec"fca, halle estos valores para la pro)undidad cr"tica en uncanal rectangular dada por#

$c=3

*

2

g

$2 ( por qu $1 debe ser menor

que la pro)undidad cr"tica ( $2 ma(or que ella.

>. !plique por qu la )uer&a espec"fca es constante antes ( despusdel resalto.

79. 5nlisis ( conclusiones.

PRACTICA 11: ESTUDIO DE UN RESALTO HIDRAULICO EN UNCANAL CON VARICION DE PENDIENTE

OBJETIVOS


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Kodifcando la pendiente del canal producir un resalto hidrulico. /acer el anlisis de )uer&as ( establecer la di)erencia entre un

resalto producido con el canal hori&ontal ( el producido con una

pendiente determinada.

MARCO TEORICO

os resaltos se producen por cambios en el tipo de u-o %paso de un u-osupercr"tico a un u-o subcr"tico', cuando se encuentran dos tipos deu-o di)erente %di)erente G0mero de roude'.

l resalto hidrulico se aplica como disipador de energ"a en corrientesque transitan sobre diques o vertederos o alg0n otro tipo de estructuras

hidrulicas.

n un canal dependiente inclinada, para el anlisis de )uer&as debeincluirse el peso del volumen de agua en el sentido del u-o.

a ecuacin de la cantidad de movimiento en el sentido del u-oconduce a#

d2

d1=

1

2(1+8=121) %7'

d1=y1cos ( d2=y2 cos

1eempla&ando en la ecuacin 7 se tiene#

y2

y1=

1

2(1+8=121) %:'

=1= 9

1

cos2Lsen

d2d1Donde,

y1 , es el tirante vertical del u-o en el inicio del resalto.


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y2 , es el tirante vertical del u-o en el fnal, cima, del resalto.

d1

, es el tirante normal al )ondo del canal al inicio del resalto

d2 , es el tirante normal al )ondo del canal al fnal del resalto.

91 , n0mero de roude antes del resalto.

, es el ngulo de inclinacin del canal.

, es la longitud del resalto.

V, coefciente de correccin por volumen del prisma de agua.

PROCEDIMIENTO





8. De una pendiente al canal ( f-arla.

@. 5bra la vlvula de entrada al canal en acr"lico de pendientevariable.

. /aga lecturas con pie&metros o con cualquier otro elemento quepermita medir niveles a lo largo del )enmeno.

79. Kida la longitud del resalto hidrulico.


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77. 5)ore por medio de un recipiente de volumen conocido, alque se le contabili&a el tiempo de llenado.


Pe)20etro N;

Tr#(tey1

=*0>

Tr#(tey2

=*0>

Pro"(dd#

d d1

=*0>

Pro"(dd

#d d2

=*0>

Lo(!t"dde'

Re'to=*0>

C4LCULOS

7. Dibu-e la l"nea pie&omtrica ( las l"neas de energ"a, a partir del)ondo del canal.

:. Determine la prdida de energ"a debida al resalto.

=. Qrafque la curva de energ"a espec"fca correspondiente al resaltohidrulico. 5bscisas , ordenadas M, donde es la energ"aespec"fca ( ZM[ la pro)undidad de la lmina de agua antes odespus del resalto Calcular para antes ( despus del resalto.

?. Qrafque la curva de la )uer&a espec"fca correspondiente alresalto. 5bscisas# , Ordenadas# M

8. Se+ale en el grfco de energ"a espec"fca con base en el grfcode )uer&a espec"fca, la prdida de energ"a en el resalto.



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para canales hori&ontales, se deben deducirlas )rmulas haciendoun anlisis de )uer&as utili&ando el principio de cantidad demovimiento.

3ara hacer la deduccin de las )rmulas re)erirse a# /ctor 5l)onso1odr"gue& D"a&, /idrulica !perimental, ditorial scuelaColombiana de Bngenier"a :997.

PRACTICA 1%:ESTUDIO DEL FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ENUN CANAL

OBJETIVOS

3roducir un u-o gradualmente variado en un canal de pendientevariable.

Calcular el perfl del u-o determinando el tipo ( lascaracter"sticas.

MARCO TEORICO

Cuando en un canal por el que transita un u-o constante ( permanentepero no uni)orme se producen variaciones de la pro)undidad del u-o enpeque+os tramos del canal, por causas relacionadas con la )riccin delu-o con las paredes, la cual no se compensa totalmente con la variacinde la pendiente del )ondo de ste, se produce un u-o gradualmentevariado.

De acuerdo con las caracter"sticas de la seccin transversal, larugosidad, la pendiente del canal %cr"tica, subcr"tica, supercr"tica uhori&ontal' ( tipo de u-o %cr"tico, subcr"tico, supercr"tico, supernormal,subnormal, acelerado o retardado' se producen di)erentes perfles deu-o %K, S, C, 5 o /' ( lo que se busca es identifcar el tipo de perflpresentado ( anali&ar la variacin de ste a lo largo del canal.


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2eniendo como base la ecuacin de Lernoulli H=7+y+)

2g , se llega a la

ecuacin general para determinar la variacin de la pro)undidad del u-oen su longitud.

3ara pendientes del canal $


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dH

dx=/ , pendiente de la l"nea de energ"a total.

d"dx

=/0 , tan , pendiente longitudinal del canal.

/0=0 , en canales de )ondo hori&ontal.

C-'*"'o de '# e(de(te *r3t*# de M#(((!

/c=

( nQ

Ac.Hc

2

3

)

2

%='

Donde,

A c , rea mo-ada cr"tica.

.Hc , radio hidrulico cr"tico, calculados en )uncin de la pro)undidad

cr"tica.

PROCEDIMIENTO





8. Bnstale en el e!tremo del canal un elemento controlador que puedeser un vertedero, una compuerta o cualquier otro dispositivo, quepermitir producir un tipo de perfl Kl o S7.

@. De una pendiente al canal ( f-arla.


71/79



. Kida las pro)undidades a lo largo del canal4 al nivel del agua sobre

el vertedero le corresponde la abscisa x0=0,0 . stas

pro)undidades se pueden medir mediante el uso de un sensor denivel.

1$ Qenere un perfl de u-o utili&ando una estructuracontroladora


E(+o N;

/0

C#"d#'

( m3

s) yc yn /c

Tode

er'

o.&er/#*o(e&

1%

To de er' A.&* =0> Pro"(dd#d + =0>

Donde,

/0 pendiente longitudinal.

/c pendiente cr"tica.

yn , pro)undidad normal.


72/79



yc pro)undidad critica.

C-'*"'o de' R#do Hdr-"'*o .H

5, rea de la seccin transversal del u-o. A=Byn

3, per"metro de la seccin transversal. ,=B+2y n

L, es el ancho del canal.

.H , radio hidrulico. .H=A

,

Coefciente de rugosidad de Kanning n, para el acr"lico 9.99>,

n=A.H

2

3 /0

1

2

Q

C4LCULOS

7. Describir el tipo de control ( la ubicacin en el canal.

:. 3resentar los datos tomados en el laboratorio como son valores delas pro)undidades de las lminas de agua ( la pendiente de lasuperfcie libre.

=. Determinar la pro)undidad cr"tica ( la pendiente cr"tica.

?. Describir el tipo de perfl producido ( grafcarlo.

8. 5nlisis ( conclusiones.


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PRACTICA 17: ESTUDIO DE PRDIDAS POR ADITAMENTOS 6FRICCIN EN TUBERAS

OBJETIVOS

Calcular las prdidas por aditamentos ( por )riccin en una

tuber"a.

Obtener los coefcientes de prdidas de Darc(eisbach, /a&enilliams ( de Kanning.

MARCO TEORICO

n la solucin de problemas de u-os en tuber"as se ven abocados a serresueltos por el principio de la energ"a, el cual establece que entre dos

puntos de stos de una tuber"a, la energ"a total es la misma. a energ"aen un punto para un u-o a travs de una tuber"a est presentadamediante la ecuacin de Lernoulli#

8="+,

-+

)2

2g %7'

Donde,, nerg"a total.

H, Cabe&a de elevacin.3, 3resin en un punto.

- , 3eso espec"fco del uido.

*, *elocidad del u-o.


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g, 5celeracin de la gravedad.

5s" mismo, cuando un u-o es transportado siempre se presenta unaprdida de carga por tramo de tuber"a dada por la siguiente )rmulabsica#

F2r0"'# de D#r*+ Qe&.#*,

h= l

d

&2

2 g %:'

h 3rdidas de carga %m'

actor de prdida de carga

e longitud equivalente de tuber"a %m'

D dimetro de la tuber"a %m'

& *elocidad %mNs'

g aceleracin de la gravedad %m

s2 '

F!"r# %$ P5rdd# or tr#0o de t".er3#


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2ambin se consideran otras prdidas de carga que se presentan debidoa la variacin signifcativa de la confguracin del u-o ( por diversassituaciones como#

Contracciones o ensanchamientos bruscos.

Contracciones o ensanchamientos graduales.

3rdidas en la entrada.

3rdidas en las salidas.

3or lo general estas prdidas menores se eval0an por mtodose!perimentales que se e!presan en )uncin de la velocidad en la tuber"ade menor dimetro.

3rdida de carga en accesorios

F!"r# %$ Co(tr#**2( .r"&*#


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Ecuaciones emp&ricas de )u%o de agua

Se disponen de varias )rmulas apro!imadas para resolver problemas deu-os en conductos cerrados. ntre ellas tenemos#

For0"'# de H#)e( Q''#(&

&=0.8494c ( d4 )0.63

( hl)0.54

%='

F2r0"'# de M#(((!

&=1

n ( d4 )2

3 ( hl)1

2

%?'

a )rmula de /a&en illians se ha utili&ado ampliamente en 5mricaen el dise+o de los sistemas de alimentacin de agua ( conductoscerrados. a )rmula de Kanning se ha usado ms que todo en el u-oen canales abiertos


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Expresin para el caudal en vertederos rectangulares

!iste una gran cantidad de e!presiones para determinar el caudal quepasa por un vertedero rectangular sin contracciones. ntre tantas,mencionaremos la propuesta por /. La&in, la cual es vlida paradescargas 9.9J^ / ^ 9.89m.

Q=(0.405+ 0.0027H )(1+0.55( HH+,)2

)!H2 gH %8'Donde,b, ongitud de la cresta del vertedero EmF.

3, 5ltura o cota de la cresta re)erida al )ondo del canal EmF./, Carga del vertedero. s el desnivel entre la superfcie libre de aguasarriba ( la cresta del vertedero.

PROCEDIMIENTO

7. a prctica hace uso del tanque de carga constante, en el cualpreviamente se habr corroborado que cuente con el agua

sufciente.:. 5brir la vlvula de alimentacin al sistema de tuber"as.

=. scoger la tuber"a en la cual se har pasar el uido tuber"as L, C,D, o ( en la cual se encuentran ubicados algunos aditamentos.5brir su respectiva vlvula de entrada.

?. Despus de uir por la tuber"a escogida, el agua caer hacia uncanal de pendiente constante en donde se a)orar por medio deun vertedor rectangular de cresta aguda en la cual se har lectura

de la lmina de agua por medio de un pie&metro que seencuentra ubicado al lado del vertedor.

8. l agua llega a un tanque de almacenamiento desde el cual sebombea nuevamente hacia el tanque de cabe&a constante (mediante lo cual se establece un sistema cerrado. 5B utili&ar labomba ha( que tener presente que el caudal es regulado


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mediante una vlvula ubicada a la salida de la bomba ( el cualdebe ser el mismo que entra al sistema. 3ara poder regularlo ha(que constatar que el nivel del tanque de almacenamiento

permane&ca constante.

@. /acer lecturas con el manmetro di)erencial a la tuber"a escogidaen el numeral = ( a la tuber"a de salida de la motobomba hacia eltanque de cabe&a constante tuber"a 5.

Le*t"r#dere*,# de

0#(20etro?0@ =%>

6?0@

=1>=%>

K dee)20et

ro

Le*t"r#)

6?0@

=1>=%>


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1ltura de la l+mina sobre el vertedero:

K dee)20etro

Le*t"r#

)

6?0@=1>=%>

Not## l manmetro es el di)erencial EmF.

C4LCULOS

7. 3ara los di)erentes accesorios ( para cada tuber"a dibu-e las l"neaspie&omtricas ( de energ"a a escala ane!ando una tabla dondese muestren las cabe&as de presin, de velocidad ( de elevacinobtenidas, as" como la prdida por tramo. 3ara hallar la prdidaocurrida debido al aditamento es preciso e!trapolar a partir delconocimiento de la energ"a antes ( despus del elemento

disipador. 5nalice los resultados de estos grfcos ( e!plique lasituacin presentada. Causassoluciones.

:. Compare los valores del coefciente de prdidas halladose!perimentalmente con los valores sugeridos ( dados en algunoste!tos.

=. para la prdida por )riccin dada en la tuber"a 5, analice loscoefcientes de rugosidad obtenidos ( compare los resultados conlas )rmulas de Darc(eisbach, /a&enilliams ( de Kanning.

guías para laboratorios de hidraulica

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