Hidrulica Energa Especfica en canales abiertos

Hidrulica Energa Especfica en canales abiertos

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINAFACULTAD DE INGENIERIA AGRICOLADEPARTAMENTO DE RECURSOS HDRICOS

LABORATORIO N 2

NDICE

I.INTRODUCCION3II.OBJETIVOS3III.REVISIN BIBLIOGRAFICA3V.PROCEDIMIENTO7VI.RESULTADOS8VII.DISCUSIN DE RESULTADOS11VIII.CONCLUSIONES11IX.BIBLIOGRAFIA11X.ANEXOS12

Hidrulica Energa Especfica en canales abiertos

I. INTRODUCCIONEn el presente informe se redactara acerca de la energa especfica de un canal abierto en laboratorio y en campo de la UNALM. El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los lquidos fluyen por la accin de la gravedad y solo estn parcialmente envueltos por un contorno slido. En el flujo de canales abiertos, el lquido que fluye tiene superficie libre y sobre l no acta otra presin que la debida a su propio peso y a la presin atmosfrica.

En el diseo de conductos abiertos como son los canales es importante definir la energa especfica que presenta el flujo en una determinada seccin, ya que esto nos permite definir la capacidad para desarrollar un trabajo, as mismo la determinacin del tirante crtico tiene una aplicacin directa en la definicin del tipo de rgimen que presenta un determinado escurrimiento, ya que si el tirante con que fluye un determinado caudal es menor que el tirante crtico, se sabe que el escurrimiento es en rgimen supercrtico (rpido) y si es mayor que el crtico entonces el escurrimiento es en rgimen subcrtico (lento).

II. OBJETIVOS

2.1. Obtener la curva de energa especfica del canal de laboratorio y de campo y compararla con las curvas tericas.2.2. Comprender los conceptos que se representan en la curva de energa especfica mediante su graficacin auxiliada en datos de laboratorio y campo.2.3. Determinar el tirante crtico y la energa especifica mnima del canal de laboratorio y de campo.

III. REVISIN BIBLIOGRAFICAEnerga del flujo en canales abiertosLa energa total de cualquier lnea de corriente que pasa a travs de una seccin se define como la suma de las energas de posicin, ms la de presin y ms la de velocidad, es decir:

Energa total = Energa de posicin + Energa de presin + Energa de velocidad

Figura N1: Energa total en una seccin de un canal

Con respecto al plano de referencia de la figura siguiente, la altura total E de una seccin O que contiene el punto A en una lnea de corriente del flujo de un canal de pendiente alta puede escribirse como:

Figura N2: Energa de un flujo gradualmente variado en canales abiertos.

Dnde:ZA = elevacin del punto A por encima del plano de referenciayA = profundidad del punto A por debajo de la superficie del agua = ngulo de la pendiente del fondo del canal.VA/2g = altura de velocidad del flujo en la lnea de corriente que pasa a travs de A.Energa EspecficaLa energa especfica en una seccin de canal se define como la energa por libra de agua en cualquier seccin de un canal medida con respecto al fondo de este. Luego de acuerdo con la ecuacin:H = z + d cos + * . (1)Con z = 0, la energa especfica se convierte en:H = d cos + * ......... (2)O, para un canal de pendiente pequea y =1,E = Y + . (3)La cual indica que la energa especifica es igual a la suma de la profundidad del agua ms la altura de velocidad. Para propsitos de simplicidad, el siguiente anlisis se basara en la ecuacin (3) para un canal de pendiente pequea. Como V = Q/A, la ecuacin (3) puede escribirse como E = y + Q/2gA. Puede verse que, para una seccin de canal y un caudal Q determinados, la energa especfica en una seccin de canal solo es funcin de la profundidad de flujo.Cuando la profundidad de flujo se grafica contra la energa especfica para una seccin de canal y un caudal determinados, se obtiene una curva de energa especifica cmo se muestra a continuacin.Figura N3: Curva de Energa Especfica

Numero de FroudeEl efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relacin entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales. Esta relacin est dada por el nmero de Froude, definido como:

Donde V es la velocidad media del flujo en pies/s, g es la aceleracin de la gravedad en pies/s2 y L es una longitud caracterstica en pies. En el flujo en canales abiertos, la longitud caracterstica se hace igual a la profundidad hidrulica D, la cual est definida como el rea de la seccin transversal del agua perpendicular a la direccin del flujo en el canal dividido por el ancho de la superficie libre. Para canales rectangulares esta es igual a la profundidad de la seccin de flujo. Flujo crtico: F = 1, la ecuacin se convierte en V = Vc = y se dice que el Y = Yc y la S = Sc. Flujo lento o subcrtico: F < 1, la ecuacin se convierte en V < y se dice que el Y Yc y la S Sc. Flujo rpido o supercrtico: F> 1, la ecuacin se convierte en V > y se dice que el Y Yc y la S Sc.Yc: profundidad crtica.Sc: pendiente crtica.Vc = : velocidad crtica, velocidad de propagacin de una onda pequea sobre la superficie de profundidad D.D = A/B: profundidad hidrulica.A: rea de mojada.B: ancho de la superficie libre.

IV. EQUIPOS Y MATERIALES Canal de pendiente variable y seccin rectangular. Tubo de Pitot. Microcorrentmetro Agua. Bomba Regla graduada.V. PROCEDIMIENTO

A. En campo:

1. Con los datos obtenidos del canal abierto de la UNALM, utilizamos los datos de los tirantes y las velocidades de cada tramo para determicar el caudal en la tabla N1.2. Luego se determina la energia especifica, el numero de Froude y el tipo de rgimen en la tabla N2.3. Una vez obtenido estos resultados posteriormente se determina la curva de la energia especifica en la figura N4.

TablaN1: datos del canal en campo.ProgresivaTirante Y(m)V(pies/s)V(m/s)Q(m3/s)

0+270 (60%)0.23.190.970.194

0+3500.23.321.010.202

0+4400.274.331.320.356

0+4550.231.970.600.138

0+5000.232.830.860.198

0+5200.223.281.000.220

0+5300.223.10.940.208

0+5400.233.61.100.252

0+5500.243.931.200.287

0+5700.233.61.100.252

0+5900.223.61.100.241

0+6100.233.281.000.230

B. En laboratorio:

1. En el canal de pendiente variable se mide el ancho de la base, aproximadamente se pone el canal con diferentes pendientes y pendiente nula (horizontal) y se hace pasar un caudal.2. Una vez que se establece el flujo, se mide en una seccin del canal, previamente determinada, el tirante de agua que se presenta consignando los datos en la tabla N3.3. Se incrementa lentamente la pendiente del canal y se miden los tirantes en el canal, consignando las lecturas obtenidas en la tabla N3, repitiendo lo mismo para al menos 8 pendientes diferentes.4. Se repetir los pasos desde el punto 1, para un caudal, consignando los resultados en la tabla N3.

VI. RESULTADOS

A. En campo:Q = 0.224 m3/sb = 1mTabla N1: Valores del canal de Campo de la UNALM.Y (m)V(m/s)Q(m3/s)E(m)N FroudeRgimen

0.1622.3930.3880.4541.90Supercrtico

0.220.8370.1840.2570.57Subcrtico

0.2390.6180.1480.2580.40Subcrtico

0.3240.6170.2000.3430.35Subcrtico

0.380.5330.2030.390.28Subcrtico

Clculo del tirante crtico (Yc) F = 1 = = 1 Yc = Yc = = = 0.1723 m.

Yc = 17.23 cm

Clculo de la energa mnima (Emn)

Emn = = * 0.1723m

Emn = 0.258 m.

Figura N4: Curva de Energa Especfica en Campo.

B. En laboratorio:

Q = 0.019 m3/sb = 0.25 m

Tabla N3: Valores del canal de Laboratorio.S%Y (m)V(pies/s)V(m/s)Q(m3/s)E(m)N FroudeRgimen

-30.2011.180.360.0180.2080.26Subcrtico

-20.1851.580.480.0220.1970.36Subcrtico

-10.1531.760.540.0210.1680.44Subcrtico

00.12.160.660.0160.1220.66Subcrtico

10.073.210.980.0170.1191.18Supercrtico

20.064.251.300.0190.1461.69Supercrtico

30.0535.021.530.0200.1722.12Supercrtico

40.055.221.590.0200.1792.27Supercrtico

Clculo del tirante crtico (Yc) F = 1 = = 1 Yc = Yc = = = 0.053 m. Yc = 5.3 cm

Clculo de la energa mnima (Emn)Emn = = * 0.053 m Emn = 0.079 m. Figura N4: Curva de Energa Especfica en Laboratorio

VII. DISCUSIN DE RESULTADOS

A. En campo:

El tirante del flujo de agua aumenta conforme aumenta la progresiva del canal, pero la energa especfica disminuye. El caudal promedio del canal para la progresiva 0+00 hasta la progresiva 0+750 fue de 0.224 m3/s, siendo el valor de la energa especifica mnima de 0.258 m y el tirante crtico 17.23 cm. Al principio del tramo del canal presenta un rgimen supercrtico (F>1), luego conforme aumentaba la progresiva del canal esta presenta un rgimen subcrtico (F