Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 1 Universidad de Carabobo Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Civil Departamento de Ingeniera Ambiental Centro de Investigaciones Hidrolgicas y Ambientales. MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO MECANICA DE LOS FLUIDOS II. (Versin 1-2015) Actualizada por: Ing. Maryelvi Jimnez Revisada por: Ing. Betty Faras Ing. Daniel Carrin Ing. Martha CamposPublicado: 20/04/2015 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 2 ndice General 1.Breve descripcin del laboratorio. 2.Plan de evaluacin. 3.Cronograma de Actividades. 4.Reglamentos del Laboratorio de Mecnica de los Fluidos. 5.Conocimientos Bsicos para el proceso de enseanza del laboratorio de mecnica de los fluidos II. 6.Practicas a realizar: a.Medicin de Caudales. b.Descarga sobre vertederos c.Resalto Hidrulico d.Flujos Laminar y Turbulento. e.Distribucin de Velocidades. f.Prdida de Energa en Vlvulas. g.Flujo sobre cuerpos sumergidos. 7.Taller a realizar:a.Medicin de Caudales con tecnologa moderna. 8.Anexos. Breve Descripcin delLaboratorio. SabemosporexperienciaqueelprocesodeenseanzaaprendizajedelaasignaturaMecnicadelosFluidossehace compleja al alumnado, ya que el comportamiento de los fluidos no lo pueden ver con sus propios ojos y el aprendiz debe creer en todas las formulas que les suministran los profesores y confiar en el resultado que ellas dictan. Atravsdellaboratoriosepuedeapreciarelcomportamientodelosfluidosyasuvezentenderlosmuchomejor.Es nuestrointerscomofacilitadoresdelaprendizajemotivarelaprovechamientomximodecadaprcticaqueseva desarrollar a lo largo del semestre. El Laboratorio de Mecnica de los Fluidos Elas Snchez Daz, cuyo nombre es en honor a un gran Investigador de la HidrulicaenVenezuela,fuediseadoenlosaos70porelIngenieroZindrichBrezzina,expertoeningeniera Hidrulica, recordado principalmente por haber diseado el puerto de la Guaira. Se le coloca el nombre de Elas Snchez DazmotivadoaqueelingenieroSnchez,quienrealizestudiosdePostgradoenIngenieraAmbientalenla UniversidaddeFloridaenelCampodeGainsville,mueredecnceramediadosdelos80cuandoBrezzinaterminala construccin del laboratorio y le colocan el nombre en su honor.El primer tcnico de mquina, quien junto a Brezzina construy el laboratorio fue Severino Manfredinni y en ese entonces formabanpartedelgrupodocenteprofesorescomoEmilioPortaLilly,RondelaRica,FranciscoCamacho,Humberto Cartaya, Miguel Montilvay por supuestoElas Snchez. Este grupo de profesores crearon el Centro de Investigaciones Hidrulicas(CIH)yformaronpartedeunapocadondeVenezuelaeralacunadelasobrashidrulicas.ElIngeniero Arnoldo Gmez narra que solo el Ingeniero Humberto Cartaya dise 235 presas en su vida. En el ao 2007 el profesor EdilbertoGuevarareactiva el CIHyle cambia el nombre a Centro de Investigaciones HidrolgicasyAmbientales dela Universidad de Carabobo (CIHAM-UC)EllaboratoriocuentaconequiposquefuerondonadosporelPrncipedeGales,formadosporbancosdeturbinas hidrulicas. Estos bancos se encuentran en recuperacin gracias a convenios realizados por la Ing. Adriana Mrquez con CORPOELEC.El laboratorio ha sido adaptado y remodelado hasta esta poca gracias al aporte de profesores que en conjunto con los estudiantesyconlaayudainstitucionalhanlogradocambiosimportantesenlasinstalaciones.Actualmenteselogr unificarlasinstalacionesconelCentrodeInvestigacionesHidrolgicasyAmbientalesdelaUniversidaddeCarabobo (CIHAM-UC), con el fin de incentivar a los Investigadores y tesistas en el desarrollo de la hidrulica y la hidrologa; ramas de gran importancia para la proteccin y el estudio del medio ambiente. Adicionalmente podemos contar con los equipos del CIHAM-UC para instruir sobre tecnologas modernas a los estudiantes. Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 3 El laboratorio consta de siete equipos y un taller, donde el aprendiz podr poner en prctica los conocimientos adquiridos en Mecnica de los Fluidos I y II. Estas prcticas son las siguientes: -Medicin de Caudales. -Descarga sobre vertederos. -Resalto Hidrulico. -Flujos Laminar y Turbulento. -Distribucin de Velocidades. -Prdida de Energa en Vlvulas. -Flujo sobre cuerpos sumergidos. El taller se realiza con unos equipos del CIHAM-UC de tecnologa de punta y es el siguiente:-Medicin de caudales con tecnologa moderna. A excepcin de las practicas Distribucin de Velocidades y Flujo Laminar y Turbulento las otras cinco funcionan a travs de un sistema de recirculacin que permite mantener un flujo permanente en cada equipo. El equipo de la practica Flujo Laminar y Turbulento funciona independientemente en un aparato modificado de Reynolds y Distribucin de Velocidades es el nico equipo del Laboratorio cuyo fluido que seanaliza es aire (generado por una aspiradora), ya que en los otros se utiliza agua. El sistema de recirculacin consta de dos tanques, uno elevado de nivel constante a una altura de 6mts, de capacidad de 45.000ltsyotrosubterrneodecapacidad150.000lts,enloscuales,unsistemadeseis(6)bombascentrifugas colocadas en paralelo impulsan el agua del tanque subterrneo al tanque elevado, este ltimo tiene un sistema de rebose que permite mantener el nivel de carga hidrulica en cada equipo. Un tubo de 10y un canal rectangular de concreto en el pisodellaboratorioparaelretornoaltanquesubterrneoytuberasde10,6y4queseconectanalosdiferentes equipos:tneldeagua,elbancodetuberasdeplsticodediferentesdimetros,elchorroendescargalibreylosdos canales de vidrio de 30 y 60cm de ancho respectivamente. Si todos los equipos estn en funcionamiento para mantener condicionesestableshayqueencendertresdelasbombas.EnlaFigura1sepuedeobservarelesquemadel funcionamiento. FIGURA 1: B1 B2 B3 B4 B5 TANQUE ELEVADO Cap.:45.000lts TANQUE SUBTERRANEO Cap.:150.000 LTS Sistema de Tuberas que Distribuyen a cada equipo. Sistema de canales que recirculanel fluidoal tanque inferior. Rebose del tanque superior para conservar el nivel. Sistema de Bombeo en Paralelo B6 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 4 A fin de conservar las instalaciones del Laboratorio, el sistema de bombeo, el encendido y apagado de cada equipo solo debe ser manipulado por el Tcnico de Maquinas, el Docente a cargo de la Practica, los preparadores o a su defecto, bajo la supervisin de los mismos. Plan de Evaluacin El laboratorio de Mecnica de los Fluidos II tiene un valor del 20% de la nota deTeora de la asignatura, y si un alumno no aprueba el laboratorio automticamente reprueba la teora. Modo de Trabajo: Se formaran seis (6) grupos de un mximo de cuatro (4) personas, cada grupo se leasignaruna letra de la A a la F, esaserlaidentificacindelgrupo,enlatablasiguientesemuestraelcronogramadeactividadesdondepodrn visualizar la prctica que le corresponde a cada grupo en el transcurso del semestre. SEMANA ACTIVIDAD A DESARROLLARMEDICION DE CAUALES DESCARGA SOBRE VERTEDEROS RESALTO HIDRAULICO FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO DISTRIBUCION DE VELOCIDADES PERDIDA DE ENERGIAEN VALVULA FLUJO SOBRE CUERPOS SUMERGIDOS 1 PRESENTACION, FORMACION DE GRUPOS, NORMAS DEL LABORATORIO.INTRODUCCION TEORICA 1 INTRODUCCION A LAS BASES TEORICAS DEL LABORATORIO3 INTRODUCCION TEORICA 2 4 REALIZACION DE LA PRACTICA #1ABCDEF- 5 REALIZACION DE LA PRACTICA #2-ABCDEF 6 REALIZACION DE LA PRACTICA #3F-ABCDE 7 REALIZACION DE LA PRACTICA #4EF-ABCD 8 REALIZACION DE LA PRACTICA #5DEF-ABC 9 REALIZACION DE LA PRACTICA #6CDEF-AB 10 REALIZACION DE LA PRACTICA #7BCDEF-A 11 TALLER DE LABORATORIO SOBRE NUEVAS TECNOLOGICAS UTILIZADAS EN LA HIDRULICAEVALUACIN SUMATIVA 12EXAMEN FINAL EVALUACIN SUMATIVA Estrategia de Evaluacin: La evaluacin se desarrollar a travs de las siguientes estrategias: -Informes y Taller . 70% -Evaluacin corta.....10%. -Evaluacin Final. 20% ___________________ Total:100% Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 5 Informes:Tienen un valor de 70%, deben ser realizados a bolgrafo y el contenido del mismo se muestra en la tabla siguiente: ContenidoObservacin del ContenidoPuntos Portada Nombre de la Prctica, Nombres de los integrantes del grupo, Nombre del grupo y Fecha. Obligatorio Tabla de Recoleccin de DatosDeber estar firmada por el profesor y los integrantes del grupo que asistieron. Obligatorio Objetivo de la PracticaAparece en la gua0.5 Introduccin tericaFavor no utilizar la de la gua, la idea es que profundicen. 2 Clculos PreliminaresEstos los realizan en el laboratorio el da de la prctica, seguir instrucciones de la gua. Colocar 1 ejemplo de clculo y los repetitivos colocarlos en tablas. 1 Informe a presentarSeguir las instrucciones de la gua en la seccin informe a presentar. Colocar 1 ejemplo de clculo y los repetitivos ponerlos en tablas. En las grficas los puntos experimentales no se les debe trazar la curva probable a menos que le gua lo indique. A los puntos tericos siempre se deben trazar la curva. 3 graficas 5 clculos informe ConclusinConcluir en base a la experiencia, haciendo referencia a los grficos y los resultados obtenidos. Recuerde que cada practica tiene un objetivo y en la conclusin debo dar respuesta al mismo. Se agradece no usar mafias. 8 BibliografaColocar todos los textos y pginas web utilizadas.0.5 Taller: El taller est incluido en el 70%conlosinformes. Trata sobrelasltimas tendenciastecnolgicas enlamedicin dela hidrulica.EltallerserdesarrolladoyguiadoporelprofesorutilizandolosequipospertenecientesalCentrode Investigaciones Hidrolgicas y Ambientales de la Universidad deCarabobo (CIHAM-UC). Evaluacin Corta:Las evaluaciones cortas tienen un valor del 10%. Alcomenzarlaprcticaeldocentedeberrealizarunapruebacortadelaprcticaqueestndesarrollando,lacual podr ser oral o escrita. Las preguntas contemplarn los principios tericos de la prctica y las aplicaciones de la misma en el ejercicio de la profesin. Evaluacin Final:Al final del semestre el docente realizar una evaluacin oral o escrita a fin de verificar los conocimientos obtenidos por los estudiantes de los objetivos del laboratorio. Tiene un valor de 20%. Importancia de la Asistencia. La asistencia al laboratorio no tiene ponderacin en la nota del alumno, sin embargo,solo podrn recuperar (1) una sola practicaconsudebidojustificativo.Laprcticaperdidaserrecuperadaalfinaldelsemestresegnelcronogramade actividades.Eltcnicodemaquinaalpasarlos15minutosdelhorariodeiniciodelapracticaautomticamente cerrar la puerta del laboratorio y los alumnos que queden rezagados sern tomados como no asistentes. Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 6 Normativa Interna del Laboratorio.

1.Est terminantemente prohibido comer y tomar bebidas en las instalaciones del Laboratorio. 2.Se prohbe fumar. 3.Por normas de seguridad e higiene le sugerimos a los alumnos asistir a clases con pantalnlargo y zapatos cerrados para evitar posibles accidentes. 4.Los informes sern entregados al comienzo de la prctica, si se entrega el informe posterior a la hora de entrada se descontar 1 punto y por cada da de retraso se descontarn 2 puntos.5.Solosepermitirlarecuperacinde1prcticaconsudebidojustificativo,lacualserecuperaralfinaldel semestre. 6.Elalumnoquellegudespusdequeeltcnicodemaquinahayacerradolapuerta(pasados15minutos), perder automticamente la prctica. 7.Mantener el orden y el respeto mutuo en el desarrollo de las prcticas de Laboratorio. 8.Cada grupo deber traer la hoja de recoleccin de datos de la prctica que le corresponde desarrollar. Afina tus odos a la sabidura y concntrate en el entendimiento. Clama por inteligencia y pide entendimiento. Bscalos como si fueran plata, como si fueran tesoros escondidos. Proverbios 2:2-4 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 7 PRACTICA: Medicin de Caudales OBJETIVO: Calibracin de un codo corto de 90, mediante medicin del caudal y de la diferencia piezomtrica entre el exterior e interior de dicho codo. Introduccin Paraladeterminacindelcaudalsobreunescurrimientosedisponedemtodosdirectoseindirectos,cuyouso depender de las facilidades de implementacin y de la precisin con que se quiera hacer el ensayo. El mtodo directo consiste en determinar el volumen o el peso del fluido que pasa por una seccin en un lapso de tiempo especfico. Los mtodos indirectos suelen requerir una carga piezomtrica, una diferencia de presiones o de velocidad en varios puntos deunaseccin,conbaseacualquieradeestosdatossecalculaposteriormenteelgasto,medianteunaecuacin especfica del medidor usado. Uno de los mtodos ms sencillos que pueden aplicarse a desagesdelquidos,sebasaenlageometra caracterstica de los chorros al estar sometidos a la accin gravitatoria.Enelensayoarealizar,sedisponedeun chorrodeaguaensalidahorizontaldemodoque, midiendo su alcance y altura de cada, se puede determinar lavelocidaddelmismo.Lasecuacionesausarson idnticasalasqueseaplicanparaelclculode movimientodeproyectiles,dadoquesonfenmenos equivalentes, es decir, = ()

. (1) = (0)

. 12

2 (1b) Donde las coordenada (, ) corresponden al alcance y la altura de cada del chorro; (0) Y (0) son las componentes delavelocidadenelorigendecoordenadasubicadoalasalidadelchorro,eslaaceleracindegravedady esel tiempodecadalibredelavenalquida.Laaproximacinqueselograconestemtodoessatisfactoria,siemprey cuando la dispersin del chorro no sea muy grande. Medidores de Presin diferencial Se han inventado o adaptado numerosos dispositivos para la medicin de volmenes de flujo, con una amplia gama de complejidad,tamaoyexactitud.Losmedidoresdepresindiferencialseutilizanampliamenteenaplicacionesy laboratorios industriales por su sencillez, confiabilidad, robustez y bajo costo. Los tipos ms comunes son: el medidor de placa orificio, el medidor Venturi, la tobera de flujo y el medidor de codo.Medidor de Codo: Se puede fabricar un medidor relativamente sencillo colocando derivaciones de presin en las partes exterior e interior de un codo de tubera. Si aplicamos la ecuacin de momentum lineal a un volumen de controlqueabarcaelfluidoqueestenelcodo(olaecuacindeEulernormalalaslneasdecorriente), podemos deducir la ecuacin siguiente: Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 8 =

24

(2) DondeQeselcaudal,Celcoeficientededescargadel codo,Reselradiodecurvaturadelcodo,eldimetro deltubo,glagravedad,ladiferenciapiezomtrica tomadaconunmanmetrodiferencial.Laformams exacta de determinar el coeficiente de flujo C es mediante unacalibracininsitudelmedidor.Sinembargo,seha informado(Bean,1971)deunarelacinparaCdecodos de90conderivacionesdepresinsituadasenunplano radial a 45 de la entrada: = 1 6.5 (3) Donde Re es el nmero de Reynolds, esta ecuacin es vlida con 104 =.

106. El medidor de codo cuesta mucho menos que cualquiera de los medidores de presin diferencial, y por lo regular no aumenta la perdida de carga global del sistema de tuberas porque casi siempre el sistema de por s incluye codos. EQUIPO DE LABORATORIO Descripcin del Equipo de Laboratorio: Medicin de Caudales APlomoparaestablecerniveldesalida del chorro. DCinta Mtrica pegada a la malla. BVlvula de control de ECodo Soldado de a calibrar CManmetro diferencialFTubera de Presin PVC =

A B C D CODO PRESION PVC D=16,6mm, R=30mm F E Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 9 Tabla de Recoleccin de Datos Practica: MEDICION DE CAUDALES Grupo:

Practica No.:

MedicinXo(cm)X(cm)h(cm) 1

2 DATOS DE LA EXPERIENCIA: Dimetro interior de la tubera PVC: 16,6 mm 3 Radio de curvatura del codo R: 30mm 4 Altura del chorro a la malla: = 108,5 5 Dimetro de salida del chorro:7mm 6 7 8 9 10 Nombre y ApellidoC.I.FirmaNombre del Profesor

Firma del Profesor

Fecha:/ / Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 10 PROCEDIMIENTO: 1.Tenga a mano la hoja de recoleccin de datos de la prctica. 2.Asegurarse queesten funcionamientoel sistema de recirculacin de agua. 3.Tomarlamedidainicialindicadaenlacintamtrica(D)enelpunto donde se encuentra la plomada (A).4.Abrirlavlvula(B)paraestableceruncaudal.Esperar aproximadamentecinco(5)minutosparaasegurarlaestabilidady permanencia del flujo. 5.Tomar la lectura del alcance del chorro al caer sobre la malla en la cinta mtrica (D). 6.Medir la diferencia piezomtrica indicada en el manmetro diferencial (C). 7.Repita los pasos 2 al 5 hasta completar ocho (8) lecturas distintas. 8.Cierre la vlvula de control de flujo (B).9.Llenelatabladerecoleccindedatosyrealicelosclculospreliminaresdelasprimerasdosmediciones realizadas. 10.Verifiqueconelprofesorolospreparadoresquelosclculospreliminaresseancorrectosyparalafirmadela hoja de recoleccin de datos, la cual debern anexar al informe. CALCULOS PRELIMINARES: 1.Haciendo uso de las ecuaciones (1 y 1b) calcule los caudales con las velocidades y el rea de salida. Recuerde Q=V.A 2.Determine el coeficiente de descarga experimentaldel codo para cada condicin de corriente, haciendo uso de la ecuacin (2).3.CalculeelnmerodeReynoldsdelflujoenlatubera,recuerdequelavelocidaddesalidaesdiferenteala velocidad de la tubera. INFORME A PRESENTAR: 1.Introduccin terica, incluyendo un anlisis de medidores de flujo de diferentes tipos y las ecuaciones utilizadas en cada caso. 2.Elabore en papel milimetrado la curva de calibracin del codo, el caudal en funcin de las alturas piezomtricas(Q vs ) 3.Encuentre el coeficiente segn BeanC del codo bidimensional en estudio con la ecuacin (3). 4.Mediantelaecuacin(2)yconelcoeficientecalculadoenelpasoanteriorobtengalacurvadecalibracindel codo basada en los estudios de Bean (Q vs ). Superponga esta grfica a la realizada en el paso 2. 5.Asuma en la ecuacin (2)C=0.657 coeficiente obtenido de anlisis de redes de corriente yobtenga la curva de calibracin del codo (Q vs ) . Superponga esta grfica a las realizadas en los pasos 2 y 4. 6.Grafique en papel semilogaritmico (C vs Reynolds), los coeficientes experimentales C calculados en el paso 2 de clculos preliminares y los C de paso 3 de informe a presentar. 7.LosanlisisderedesdecorrienteindicanqueelCdelcodoesde0.657,superpongaestevaloralagrfica anterior. Recuerde que se representa con una recta constante.8.Comentesusresultados,posiblesfuentesdeerror,precisindelmtododemedicindecaudalesutilizado. Establezca conclusiones. 9.Referencias bibliogrficas. Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 11 PRACTICA: Descarga sobre Vertederos OBJETIVO:Determinacindeloscoeficientesdedescargadeunvertederoverticalenuncanal rectangular y de un vertedero triangular en V90,en funcin de su altura y carga. Introduccin Sedefinecomovertederoatodaestructuraconstruidaenuncanal abiertoporencimadelafluyeunacorriente,conelpropsitode aforarlo.Siseclasificanlosvertederosenrelacinalaformadela aberturaporlaquevierteellquido,puedenserrectangulares, parablicos o cualquiera otra forma regular. Elbordeolasuperficiesuperiorencontactoconellquidorecibeel nombre de Cresta y de acuerdo con su forma, se consideran de cresta aguda,segnseaelbordedecontactoafilado,dondeellquidosolo tiene una lnea de contacto al desaguar con el vertedor; o bien ancha, queelbordeseaunasuperficiedondeellquidoalpasarentraen contactocon una parte significativa del dispositivo. VertederosRectangulares: La ecuacin general de descarga de un vertedero rectangular, se obtiene apartirdelateorageneraldeorificiosyranuras.Laintegracindela ecuacindiferencialdelalminavertientequevierteporunaranurada lugar a una expresin de la forma: =23

2 (1) Donde B es el ancho del canal, g es la aceleracin de gravedad, h la carga de agua sobre el vertedero, Cd el coeficiente dedescargayQelcaudalenelcanal.Unvertederobidimensionaldepareddelgadasincontraccionesextremaspero con influencia de la gravedad, hace que

tenga como ecuacin la siguiente:

=

[(

+1) 32(

)32] (2) En la cual,

= 022 es la carga de velocidad en el canal y

es el coeficiente de contraccin de la lmina vertiente. Enprimeraaproximacin,esteltimoseestimaenformasimilaraorificiobidimensional,conlarelacin = Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 12 (+ ) yelngulodelvertederoconladireccinhorizontaldelflujo;elparmetroweslaalturadelvertedero.La tabla 1 muestra los valores de coeficiente de contraccin bidimensional referido para vertederos con pared vertical. /( + )0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

900,6110,6120,6160,6220,6310,6440,6620,6870,7220,7811,000 Tabla1.: Coeficiente de contraccin en Vertederos Rectangulares con pared de 90 (Vertical) Paradeterminara

seresuelvelaecuacin(2)portanteossucesivos,asumiendoinicialmentenulalacargade velocidad. En los casos de paredes verticales sin contraccin lateral, a veces se prefiere el uso de formulas explcitas de naturaleza emprica o experimental. Las de uso ms comn son las siguientes:

= 0,611 +0,075

(3) Siempre que h mayor a 5 cm. Una frmula ms reciente es:

= 0,605 +0,08

+0,001(4) Vertederos Triangulares:Los vertederos triangulares descargan una lmina vertiente tridimensional quelosdiferenciaclaramentedelorificiobidimensional.Selesusa ampliamenteparalamedicinprecisadepequeoscaudales,siendo estos determinados mediante la ecuacin general: =815

(

2)2 52(5) Dondeeselngulodelvertedero.Enalgunostextos,elcoeficientede descargaesunvertederoenV-90concargasqueoscilenentre5y 25cm, le asignan un valor de 0,58. EQUIPO DE LABORATORIO H A B C D B E F G2 G1 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 13 Descripcin del Equipo de Laboratorio: Descarga sobre Vertederos ACanal rectangular con paredes de vidrio.ECodode90calibradoytuberadedimetrode 4,destinadoalamedicindeloscaudales.No se observa en foto. BDiquesdemallaplsticaparaevitarexcesiva turbulencia de la corriente en el canal. FManmetrodiferencialagua-aireconectadoal codo. CVertederoRectangularsincontracciones laterales y de cresta aguda con lmina en cada libre. G1 G2 Medidores de punta ubicados en los vertederos. DVertederoTriangulardecrestadelgadaenV-90, con lamina vertiente en cada libre. HVlvula de 4 (No se observa en la foto) Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 14 Tabla de Recoleccin de Datos Practica: DESCARGA SOBRE VERTEDEROS Grupo:

Practica No.:

Medicin lo(cm) Lo(cm)li(cm)Li(cm)h(cm) 1 2 3 4 5 6 Datos de la Experiencia:Ancho del Canal rectangular: B=60cm; Altura del Vertedero rectangular: w=23,4cm Altura al vrtice del vertedero triangular: W=19,6cm Dimetro interno codo calibrado de 4:d= 9,93cm Nombre y ApellidoC.I.FirmaNombre del Profesor

Firma del Profesor

Fecha:/ / Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 15 PROCEDIMIENTO 1.Tenga a mano la hoja de recoleccin de datos de la prctica. 2.Tome las lecturas iniciales de los medidores de punta (G1 y G2) del vertedero bidimensional ydel triangular , estos valores se encuentran en los laterales de cada vertedero. 3.Accionelavlvulade4parafijarelcaudalyespere5minutosparalaestabilizacindela corrienteylainamovilidaddelascargassobrelosvertederos.Estavlvulaseencuentra ubicada el lado del sistema de bombeo como lo muestra la foto. 4.Con el medidor de punta (G1), tome el nivel de agua anterior a la cresta del vertedero bidimensional .5.Con el medidor de punta (G2), tome el nivel de agua anterior a la cresta del vertedero triangular .6.En el manmetro (F) mida la diferencia piezomtrica en el codo de 90. 7.Repita los pasos 3,4, 5 y 6 hasta completar seis (6) caudales distintos. 8.Llenelatabladerecoleccindedatosyrealicelosclculospreliminaresdelas primeras dos mediciones realizadas. 9.Verifiqueconelprofesorolospreparadoresquelosclculospreliminaressean correctos y para la firma de la hoja de recoleccin de datos, la cual debern anexar al informe. CALCULOS PRELIMINARES: 1.Determine el caudal de cada uno de los regmenes de flujo establecidos, usando la siguienteecuacin: =

242,dondedeseldimetrodeltubo alimentadoryesladiferenciapiezomtricatomadaconelmanmetro(F). AsumaCd = 0.657 2.ParacadacondicindeflujodeterminelacrestadelosvertederosparaelBidimensional = yparael Triangular = . 3.Usandolaecuacindecontinuidad,calculelavelocidadmediadelcanalrectangularysucargadevelocidad

= 022 para cada caudal, observe que el rea es A=B.(h+w).4.Determine Cd, el coeficiente de descarga prctico del vertedero bidimensional, utilizando la ecuacin (1). 5.Calcule el Cd prctico del vertedero triangular mediante la ecuacin (5). INFORME A PRESENTAR: 1.Introduccin terica, en donde se incluyan aspectos bsicos y aplicados de los vertederos.2.Clculos preliminares colocando un ejemplo de clculoy tabulacin de la data experimentaly de los resultados obtenidos. 3.Compare grficamente lasecuaciones de Cd en vertederos bidimensionales, representadas por las ecuaciones (2), (3) y (4), en funcin del parmetro /( + ). Para la ecuacin (2)solo use los valores de y

obtenidos experimentalmente. 4.Superpongaalagraficadelpasoanteriorlospuntosexperimentalesdelcoeficientededescargadelvertedero bidimensional obtenidos en el paso 4 de clculos preliminares. 5.Represente grficamente el Cd del vertedero de V-90 en funcin de/( + ), siendoW la altura del vrtice del vertedero. No trace curva. Compare esta grafica con el valor terico constanteCd=0,58.6.Comentesusresultados,posiblesfuentesdeerror,precisindelmtododemedicindecaudalesutilizado. Establezca conclusiones. 7.Referencias bibliogrficas. Valvula. 4 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 16 PRACTICA: Resalto Hidrulico OBJETIVO:Determinacindelascaractersticasdeunresaltohidrulicoprovocadoenelflujo supercrtico posterior a una compuerta plana vertical. Introduccin: Entre los fenmenos de oleaje, el resalto por la significativa y repentina elevacin de la superficie del agua en la direccin deflujoyporlafuertedisipacindeenergaensufrenterompienteesdeaplicacinfrecuenteenelcampodela hidrulica, pues se le utiliza como disipador de energa del flujo de alta velocidad que se forma al pie de los aliviaderos o aguasdebajodeunacompuerta.Adems,esunclaroejemplodelusodelprincipiodecantidaddemovimientoenel anlisis de problema de flujo. Se conoce como resalto hidrulico aquel cuya posicin no vara, como consecuencia de que la velocidad de flujo 1 se iguala en magnitud a la celeridad del resalto, como se aprecia en la figura 1. Si se aplica el principio de cantidad de movimiento a este flujo permanente, se demuestra que la relacin de profundidades antes (Sec.1) y despus del resalto (Sec.2) es funcin nica del nmero de Froude. Su expresin es:

2

1 =12((1 +812) 1)(1) En el estudio de los canales es fundamental conocer el valor de un nmero adimensional llamado Froude.Cuando se le restringe a canales rectangulares. Se tiene que = donde V es la velocidad media del canal y c es la celeridad de la ondaelemental de gravedad, = . , donde y es la profundidad de flujo, siendo antes del resaltoy1yy2 despusdelresalto. Sivemoslafigura(1),esdehacernotarqueantesdelresalto(V1yy1)elnmerodeFroudees mayor a 1( > 1), a estos flujos se les denomina supercrticos. Mientras que enel flujo posterior al resalto (V2 y y2)el nmero de Froude es menor a uno ( < 1), los cuales se les llaman flujos subcriticos. La aplicacin del principio de energa al fenmeno, permite demostrar que la disipacin del resalto hidrulico tiene como expresin final: =(21)34.1.2 (2) Compuerta plana vertical: En el ensayo la condicin de flujo supercrtico se logra, mediante el uso de una compuerta plana vertical; las caractersticas de este dispositivo de contencin y aforo son las siguientes: Independientemente de su forma y proporcin, la ecuacin de desage por unidad de anchode una compuertaes de la forma: =

2 (3) Dondebeslaaberturadelacompuerta,helniveldelaguayCdelcoeficientededescarga(Verfigura1).El caudal calculado a travs de est formula est expresado en 2/. El coeficiente de descarga

es adimensional y su expresin en compuertas es de la forma:

=

1+

(4) h 1 2 b Linea de Energa RESALTO Figura1. 1 2 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 17 Enlaecuacin(4),

sedefinecomoelcoeficientedecontraccinyesigualalaprofundidaddelavena contracta de la lmina descargada dividida entre la profundidad de la abertura. Ensayos en compuertas planas verticales, para valores de 2, muestra una constancia muy acentuada del

alrededor del valor 0,61, lo cual define a

como funcin nica de . El valor de la lamina contracta despus de pasar la compuerta es: 1 = . (5) EQUIPO DE LABORATORIO Descripcin del Equipo de Laboratorio: Resalto Hidraulico.ACanal rectangular con paredes de vidrio.DBancopiezomtricoconectadoaorificiosde fondo del canalBCompuertaplanaverticalparagenerarflujo supercrtico. EVertederoCalibradoenV-90decrestadelgada para el aforo del canal. CCompuertademariposadeejeverticalalfinal delcanalparacontroldelaposiciny profundidad del resalto. F1 F2 Medidoresdepunta,unoubicadoenelcanalde vidrio y otro en el vertedero en V-90o PROCEDIMIENTO: 1.Tenga a mano la hoja de recoleccin de datos de la prctica. 2.Tomelassiguienteslecturasiniciales,estaslecturascorrespondenalos niveles cuando no est circulando agua por el equipoy las mismasestn escritas en lugares cercanos a los dispositivos a medir:a.Lectura inicial del medidor de punta (F2) ubicado en el vertedero en V-90. b.Lecturadelmedidordepunta(F1)alfondodelcanalrectangular de vidrio. c.Lectura inicial de las tomas conectadas al banco piezomtrico (D) . 3.Accionelavlvulamariposaparaproducirelresaltoyporaproximacionessucesivasubicarloinmediatamente despus del medidor de punta (F) del canal de vidrio. Evite ahogar la compuerta plana vertical. 4.Unavezestabilizadoelresaltoylaslecturasdelbancopiezomtrico,procedaaefectuarlassiguientes mediciones: a.Lectura del medidor de punta (F2) en el vertedero V-90 . b.Lectura del medidor de punta (F1) al ras del agua en el canal de vidrio . c.Medianadelosnivelesdelbancopiezomtrico(D)correspondientesalastomasubicadasantesdela compuerta, que son los piezmetros1, 2,3 y 4, el promedio de los cuatroser . d.Mediana de los niveles del banco piezomtrico (D)correspondientes a las tomas ubicadas despus del resalto, piezmetros 15, 16 y 17, el promedio lo llamaremos . 5.Fijeunnuevocaudalcerrandolavlvuladealimentacinde4queleindiqueelinstructoryrepitalospasos hasta contemplar cinco (5) caudales distintos. 6.Llenelatabladerecoleccindedatosyrealicelosclculospreliminaresdelasprimerasdosmediciones realizadas. 7.Verifiqueconelprofesorolospreparadoresquelosclculospreliminaresseancorrectosyparalafirmadela hoja de recoleccin de datos, la cual debern anexar al informe. A B C DE F2111 F1 Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 18 Tabla de Recoleccin de Datos Practica: RESALTO HIDRAULICO Grupo:

Practica No.:

Antes de la CompuertaDespus del resalto Medicin ho (cm) lo (cm) Lo (cm) li (cm) Li (cm) h1 (cm) h2 (cm) h3 (cm) h4 (cm) h15 (cm) h16 (cm) h17 (cm) 1 2 3 4 5 6 DATOS DE LA EXPERIENCIA: Ancho del Canal: B=29,6cm Abertura de la compuerta: b=2,94cm Nombre y ApellidoC.I.FirmaNombre del Profesor

Firma del Profesor

Fecha:/ / Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 19 CALCULOS PRELIMINARES 1.Calcule para cada condicin de flujo la Carga H sobre la cresta del vertedero triangular = . 2.DetermineloscaudalesQdelvertederoV-90mediantelaecuacin = 1,485/2;laconstante1,48noes adimensional. Por tanto, la carga del vertedero H sobre el vrtice de la V debe expresarse en metros, para as obtener a Q en m3/s. 3.Determine los caudales por unidad de ancho q en el canal rectangular =

, donde B es el ancho del canal. 4.Calcule la carga sobre la compuerta = . 5.Determine la profundidad antesdel resalto 1 = 6.Calcule la profundidad despus del resalto 2 = 7.Para cada condicin de flujo calcule: a)La relacin 2/1, b)La velocidad de la corriente supercrtica antes del resalto 1 = /1. c)La velocidad de la corriente subcritica despus del resalto 2 = /2. d)La celeridad de la onda elemental de gravedad, antes 1y despus del resalto 2 , = . .e)El nmero de Froude antes del resalto 1 = 1

1 y despus del resalto 2 = 2

2f)La disipacin adimensional de energa por medio de la ecuacin (2) INFORME A PRESENTAR.

1.Introduccinterica,endondeincluyacaractersticas,aplicacionesdelresaltohidrulicoyladeduccindela ecuacin (1). 2.Calcule el coeficiente de descarga de la compuerta plana vertical mediante la ecuacin (3). 3.Determineloscaudalesqutilizandolacargahmedidasobrelacompuertayelcoeficientededescargadela ecuacin(4). 4.Estime tericamente: a.El valor de 1 terico,mediante la ecuacin (5). b.Con el caudal del paso 3 y el y1 calculado anteriormente determine la velocidad V1 y el F1. c.La relacin de profundidades2/1, mediante la ecuacin (1). d.Con la relacin anterior y el 1 terico, determine 2.e.Con el y2 anterior y el caudal del paso 3, calcule la velocidad terica despus del resalto, V2. f.Nmero de Froude (F2) despus delresalto. g.La disipacin adimensional de energa terica. 5.Comparegrficamentelarelacindeprofundidades2/1 obtenidaenelpasoanteriorconlaobtenida experimentalmente (clculos preliminares), en funcin del nmero de Froude antes del resalto F1. (2/1 vs F1) 6.Compare grficamente el coeficiente de descarga obtenido en el paso (2) con los de la ecuacin (4), en funcin de b/h. 7.Comente sus resultados y establezca conclusiones sobre los aspectos relevantes de la prctica. 8.Referencias bibliogrficas. Laboratorio de Hidrulica Elas Snchez DazCIHAM-UCPag. 20 PRACTICA: Flujos Laminar y Turbulento OBJETIVO: Comparacin de la perdida de carga en los flujos laminar y turbulento. Introduccin: En el Siglo XIX, el cientfico ingls Osborne Reynolds demostr quelascorrientesfluidassemanifiestasendosformas claramentedefinitivamente:elrgimenturbulento(fig.1)yel laminar(fig.2);comoconsecuenciadelainteraccinentrelas dospropiedadesmecnicasmsimportantesdelmovimiento comolosonladensidadylaviscosidaddelfluido.Reynolds condujounaseriedeexperimentosenloscualesinyectoun coloranteenaguaquefluaenunatuberadevidrio.Abajos caudales, el colorante permaneci uniforme y regular a medida quefluacorrienteabajo.Acaudalesmselevados,pareca que el colorante explotaba mezclndose rpidamente a travs de toda la tubera. Una fotografa moderna de alta velocidad de lamezcladelcoloranterevelaraunpatrndeflujomuy completo, no discernible en los experimentos de Reynolds. Los experimentos de Reynolds demostraron que la naturaleza delflujoentuberasdependedelnmerodeReynolds = . /,dondeVeslavelocidadmediadelflujo,Del dimetro interno de la tubera y la viscosidad cinemtica del fluido.Reynolds encontr que cuando R4000 el flujo era turbulento y 2000