Energa Especfica y Momenta en Canales

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDESE.P DE INGENIERA CIVILLABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS E HIDRULICA

INDICEPgina

I.INTRODUCCION2

II.ENERGIA ESPECIFICA DE CANALES3

III.DESCRIPCION DEL EQUIPO4

IV.CALCULO DEL RESULTADOS7

V.CUESTIONARIO8

VI.RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES11

BIBLIOGRAFIA12

INTRODUCCINEn el mundo de la Ingeniera Civil, especialmente en la hidrulica, los conceptos de flujos en canales abarcan innumerables estudios, debido al igual nmero de dificultades y condiciones que se puedan tener antes de concretar una obra.Estos estudios abarcan conceptos como el de Energa especfica, que relaciona el caudal y el tirante para un flujo de agua. Parmetros necesarios si se desea, por ejemplo, realizar embalses de ros, o disear canales de agua,Tambin es importante estudiar el comportamiento del Salto Hidrulico, ya que este est presente en innumerables obras de ingeniera, que van desde: Presas, compuertas, embalses, canales, etc. El Resalto como tambin es denominado, se presenta cuando existe un cambio abrupto de tirante en un canal (que puede ser natural o artificial), por lo tanto representa un cambio de energa considerable. Tambin, al ser un movimiento abrupto, considera un movimiento de mezcla de agua, lo cual incorpora aire al flujo de agua.

Para definir correctamente estas condiciones del Flujo es preciso conocer previamente el concepto del Nmero de Froude, Parmetro adimensional que es una relacin proporcional entre las fuerzas gravitacionales y las fuerzas inerciales, y su definicin est dada por:

Se aprecia que el nmero de Froude relaciona la velocidad (V) y el tirante hidrulico (d). En el denominador se encuentra la expresin: denominado celeridad, que es la velocidad de una onda superficial en un flujo de agua.

La relacin entre la velocidad y la celeridad nos da tres tipos de flujos, segn el valor que tome:

( Flujo Subcrtico( Flujo Crtico( Flujo SupercrticoEsta clasificacin de flujo nos da un mejor concepto del resalto hidrulico, el cual es el paso abrupto de un rgimen supercrtico a uno subcrtico con gran disipacin de energa, como ya se mencion. Asimismo nos ayuda a clasificar segn los tramos de la grfica de tirante vs energa especfica un flujo en: Ro, Flujo Crtico y Torrente. He ah la importancia del nmero de Froude.II.- ENERGA ESPECFICA EN CANALES

RESUMENEn esta parte de la experiencia se estudia el comportamiento de un flujo de agua en canales abiertos. El proceder se hace para flujos subcrticos y supercrticos para un caudal con seccin transversal rectangular. Dichos tipos de flujos (clasificados segn su respectivo nmero de Froude) son logrados mediante un motor que eleva o desciende la altura del canal, as se obtienen diferentes pendientes.Tambin hemos podido estudiar el cambio de rgimen de un flujo supercrtico a un flujo subcrtico, el cual se logra en un canal rectangular con caudal constante poniendo un obstculo al paso del agua, dicho obstculo se obtuvo cerrando las compuertas que se encuentran al final del canal.

OBJETIVOComprender los conceptos que se representan la energa especfica mediante su grafico, apoyados en datos de laboratorio, lo que le permitir resolver problemas del movimiento de un fluido en un canal.

FUNDAMENTO TERICOSe considera un canal abierto a un conducto con una superficie libre, que siempre est a presin atmosfrica. El flujo en canales abiertos tiene lugar en ros, arroyos, acequias, desages, etc. Para los casos en los que el canal abierto sea horizontal o tenga una pequea pendiente.

FIGURA 1: Canal abierto

Se puede aplicar la ecuacin de la conservacin de energa de Bernoulli entre dos puntos de una misma lnea de corriente. (1)Cada trmino de la ecuacin esta en unidades de metros (m) Tambin:

(2) Entonces:

...(3)Para la Energa especfica no tomamos el valor de z, solo est representada por la ecuacin (3), donde: Q es el caudal, A es el area, y el tirante, y g la gravedad.

Al examinar la ecuacion (3), nos encontramos con una grfica que tiene que ser muy conocida para nosotros, curva E-y:

FIGURA 2: curva de energa especfica.

III.- DESCRIPCIN DEL EQUIPO

EL CANAL

La seccin del canal es de 0.1m (ancho= 0.25 m y altura til = 0.40m)

La pendiente del canal vara entre + 10% y - 3% (en contra-pendiente). El caudal mximo de ensayo es de 100 l/s, la longitud til aproximado del canal es de 10.5 m.

El sistema canal visto desde aguas arriba hacia aguas abajo est compuesto de los siguientes elementos:

Un elemento metlico de alimentacin provisto de una compuerta de inicio de velocidad (compuerta llamada pico de pato) al cual sigue un tranquilizador, para obtener el flujo de filetes paralelos desde el inicio del canal. En la brida de aguas abajo del ltimo elemento est instalado una compuerta del tipo persiana que permite el control de niveles en el canal.

Tres rieles de cojinetes para el desplazamiento del carrito porta limnmetro de puntas. Este sistema canal est instalado sobre una viga tubular que en parte constituye el conducto de alimentacin y se apoya hacia aguas arriba sobre un eje - articulacin que se apoya en dos plataformas; y aguas abajo en 2 gotas mecnicas comandadas por un mecanismo electromecnico.

PROCEDIMIENTO

Se fija la pendiente del canal con la cual se va a trabajar (son 6 diferentes pendientes). El sistema para la fijacin de las pendientes es electromecnico, q tan solo con presionar un botn sube o baja la pendiente en intervalos de 2%.

Abrir la llave para el ingreso del agua al canal.

Medir el caudal al inicio y al final de la experiencia.

Hacer las mediciones de las alturas de agua en el canal (para cada pendiente), esta lectura se realiza con un limnimetro ubicado en la parte superior del canal, este aparato el mvil por razones que veremos ms adelante. Las lecturas son tomadas en la superficie de agua y en el fondo del canal, para hallar por diferencia la altura de agua (tirante).

Limnmetro para medir la altura de agua.

Anotar todas las medidas en una tabla, para realizar los clculos correspondientes.

Tabla con las mediciones en el canal.

Repetir los pasos anteriores para cada pendiente fija, en este experimento sern 6 pendientes diferentes, y para estos valores habr un tirante critico q se debe calcular.

IV.- CLCULOS Y RESULTADOSDATOS DEL CANAL:

b=0.25m

g=9.81m/s2

PtoS (%)YoYpCEeY

(m)(m)(m)

10.20.00980.02790.00080.20.18

20.40.00980.0220.00080.180.12

30.60.00980.01890.00080.180.09

40.80.00980,01870.00080.180.09

510.00980.01780.00080.20.08

61.20.00980.01740.00080.20.08

71.40.00980.01730.00080.20.08

81,80.00980.0170.00080.230.07

h293.4293294

Q32.132.532.26Lt/s0.03226m3/s

Siendo:

b= Ancho de la base (0.25m)Y= Tirante (m)A= rea de la seccin transversal (m2)Q= Caudal (m3/seg)

E= Energa Especfica (m)Yc= Tirante crtico (m)El valor del Tirante crtico (Yc) se ha determinado empleando la siguiente ecuacin: (Ecuacin que ser demostrada ms adelante)V. CUESTIONARIO Demostrar que la energa especifica mnima ocurre cuando, es decir, cuando el nmero de froude es igual a 1.

De acuerdo con la ecuacin de la energa:

De acuerdo con la ecuacin de la energa

Derivando con respecto a

Para una seccin rectangular

Reemplazando tenemos

Se iguala a cero para obtener el mnimo

Grfica de la curva E vs Y.

Grfica de la curva E/Yc vs Y/Yc.a) Considerar: Graficar la ecuacin de energa especfica relativa

YYcYc/YE.E (EE/Yc)Y/Yc

0.180.120.671.671.5

0.120.1211.51

0.090.121.331.50.75

0.090.121.331.50.75

0.080.121.51.670.67

0.080.121.51.670.67

0.080.121.51.670.67

0.070.121.71.910.58

VI.- CONCLUSIONES, Y RECOMENDACIONES A mayor pendiente el error relativo de la tirante es mnimo En esta parte de la experiencia se estudia el comportamiento de un flujo de agua en canales abiertos. El proceder se hace para flujos subcrticos y supercrticos para un caudal con seccin transversal rectangular.

Dichos tipos de flujos (clasificados segn su respectivo nmero de Froude) son logrados mediante un motor que eleva o desciende la altura del canal, as se obtienen diferentes pendientes.Tambin hemos podido estudiar el cambio de rgimen de un flujo supercrtico a un flujo subcrtico, el cual se logra en un canal rectangular con caudal constante poniendo un obstculo al paso del agua, dicho obstculo se obtuvo cerrando las compuertas que se encuentran al final del canal.

. BIBLIOGRAFA

1. CHOW, Ven Te. Hidrulica de canales abiertos, Editorial McGraw-Hill Interamericana S.A., Santaf de Bogot, Colombia 2004.

2. ROCHA, Arturo. Hidrulica de Tuberas y canales, Facultad de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional de Ingeniera, Lima 2007.

Llave abierta, se observa el flujo de agua en el canal.

Lecturas de la altura de agua en el vertedero con limnmetro.

Limnmetro.

GRFICA 1: Energa vs tirante

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