Mecánica de Fluidos 2015-II

Tema del Laboratorio: Visualización del flujo de

un canal

Serie: B

Turno: 8-9

Fecha: 16/11

Jefe de Laboratorio: Rodrigo de La Cruz Rojas

Integrantes:

Cruz Alayo, Aaron

García Ramirez, Kevin

Umbo García jhon

Calificación

Objetivos

Marco teórico

ProcedimientoCálculos y resultadosAnálisis de resultados

Conclusiones

Fuente bibliográfica

NOTA INFORME

OBJETIVOS

Familiarizarse con los flujos en canales abiertos (superficie libre). Se debe observar los saltos hidráulicos, flujos en vertederos y descarga en

compuertas. Identificar el comportamiento de las líneas de corriente. Visualizar las líneas de flujo en canales que pasan por un determinado

perfil hacia un vertedero. En general, desarrollar un estudio teórico de los vertederos como

estructuras hidráulicas concebidas para el control de niveles y medición de caudales

MARCO TEÓRICO

El líquido que fluye en los canales tiene una superficie libre y sobre el no actúa otra presión debida a su propio peso y a la presión atmosférica. El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en los ríos, arroyos, etc. En general con secciones de cauces irregulares. Observando el comportamiento del agua con respecto a las características del canal y analizar un cambio rápido de velocidad y profundidad (flujo de variación rápida).

Por tanto el flujo se caracteriza considerando el espacio como criterio en uniforme y no uniforme, el flujo es uniforme si sus características físicas y específicamente su profundidad permanecen constantes a lo largo de todas las secciones del canal. En el otro caso, el flujo es variado si su profundidad cambia entre las diferentes secciones que conforman el canal. Este tipo de flujo se puede clasificar a la vez en gradualmente variado y rápidamente variado de acuerdo con la rapidez en que se produzca dicho cambio. En el flujo rápidamente variado la profundidad de flujo cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, de otro modo el flujo es gradualmente

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variado. El flujo no uniforme es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad.

Perfiles de superficie de agua

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A continuación, se describirá el procedimiento que se hizo en el laboratorio de visualización de flujo en un canal:

- El aparato de visualización ya se encontró instalado con el banco hidráulico.

- Luego, se preparó el canal variando su pendiente con la ayuda de las patas ajustables:

1) El canal tendrá un pendiente horizontal, en primera parte se dejó caer el agua con una altura de 7 cm (esto se calculó en el cuadro de la pared del canal) para el H1; y por último se reduce a compuerta hasta 3 cm para el H2.

2) El canal se ajustó para que tenga una pendiente relativamente pequeña, en la que se trabajó los flujos M1, M2 y M3.

3) El canal se ajustó para tener una pendiente relativamente notable a simple vista, en la que se trabajó el S1 y S2.

- Finalmente, se tomaron fotos para luego dibujarlo y describirlo.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

Las gráficas se encuentran anexadas en papel milimetrado.

Describir los perfiles de superficies de agua, según su pendiente del canal:

1) Horizontal: La base tiene un pendiente horizontal (S = 0).

a. H1: Se observa que no tiene compuertas y la profundidad en sentido de la corriente disminuye. Superficie Flujo no uniforme gradualmente variado

b. H2: Se observa que la compuerta tiene un cierre en la salida de la corriente de agua, teniendo como consecuencia un salto hidráulico por medio camino, luego teniendo una caída de agua. La profundidad aumenta en el sentido de la corriente. Superficie Flujo uniforme

2) Suave: La base tiene un pendiente relativamente suave ( 0<S<Sc).

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a. M2: Se observa que la profundidad en sentido de la corriente disminuye. Superficie Flujo no uniforme gradualmente variado

b. M1: Se observa que no tiene compuertas y que la profundidad de la corriente aumenta con el sentido de esta. Superficie Flujo no uniforme gradualmente variado.

c. M3: Se observa que la corriente de agua tiene en un comienzo una profundidad constante y luego una salto hidráulico en el final del camino, aumentado su profundidad. Superficie Flujo uniforme

3) Pronunciada: La base tiene una pendiente pronunciada (S>Sc>0).

a. S1: Se observa que el salto hidráulico se encuentra en el comienzo del camino, aumentando su profundidad en sentido de su corriente. Superficie Flujo uniforme

b. S2: Se observa que la profundidad disminuye en el sentido de la corriente, esto es por la presencia de perfil de ala que permite que la profundidad caiga un bruscamente y disminuyéndose. Superficie Flujo uniforme

Las gráficas se encuentran anexadas en papel milimetrado.

CUESTIONARIO

a) Defina el salto hidráulico. ¿Cuándo ocurre? Describa según lo observado en el laboratorio. Mencione sus aplicaciones.

El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad. Entonces es un fenómeno local que consiste en la súbita elevación de la superficie del agua produciendo la transición supercrítico a uno subcrítico

Los saltos hidráulicos ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensión del canal. Este puede producirse en cualquier canal, en el laboratorio por ejemplo los veíamos cuando el agua al aumentar su energía causaba al inicio una turbulencia en pendiente creciente, entonces se le puede decir que existe por un cambio violento del régimen de flujo.

Aplicaciones

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. La disipación de energía en flujos sobre diques, vertederos, presas y otras estructuras hidráulicas y prevenir de esta manera la socavación aguas debajo de las estructuras.

· El mantenimiento de altos niveles de aguas en canales que se utilizan para propósitos de distribución de agua.

· Incrementos del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga.

· La reducción de la elevada presión bajo las estructuras mediante la elevación del tirante del agua sobre la guarnición de defensa de la estructura.

· La mezcla de sustancias químicas usadas para la purificación o tratamiento de agua.

· La identificación de condiciones especiales de flujo con el fin de medir la razón efectividad-costo del flujo.

· Recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medición y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigación o de cualquier estructura para distribución de aguas.

b) Describa las líneas de corriente observadas en vertederos.La compuerta es un elemento estructural, hidráulico, que permite entre tantas funciones, brindar una restricción a flujo libre de un fluido en un canal predeterminado, o de diseño. Este elemento hidráulico se puede maniobrar fácilmente (válvulas), y su principal función es la disminución de la energía con que aguas arriba viene fluyendo, brindando un nuevo perfil de velocidad, un nuevo estado de la lámina de agua o cualquier fluido, para que pueda concluir con condiciones de diseño, descarga y contracción aguas abajoEl flujo bajo una compuerta puede ser analizado como un orificio cuadrado o rectangular ajustable de acuerdo a la abertura de la compuerta y cuando ésta es pequeña comparada con la cabeza de energía aguas arriba.  Una compuerta puede operar bajo dos clases de situaciones de control: control aguas arriba (o flujo libre) y control aguas abajo (o flujo sumergido). 

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c) Describa las líneas de corriente en el caso de la descarga debajo de una compuerta.

Los vertederos son estructuras construidas con el objeto de medir el flujo que transita por el canal a superficie libre, y mediante medidas geométricas se pueden encontrar propiedades hidráulicas así como la velocidad y caudal.

Los vertederos se clasifican en atención a diversos aspectos. Hay vertederos de pared delgada y vertederos de pared ancha. Los vertederos de pared delgada sirven para medir caudales con gran precisión, y los de pared gruesa, como integrantes de una presa u otra estructura hidráulica, se utilizan para controlar niveles, aunque también se pueden instrumentar como medidores de caudales.

Las líneas de corriente en ambos casos van de la siguiente manera; la superficie de contacto entre la lámina líquida vertiente y un vertedero de pared gruesa es relativamente grande, mientras que en los de pared delgada el contacto es una línea.

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CONCLUSIONES

Se debe tener en cuenta que las compuertas causan un despliegue en la energía debido a que evita el paso de las líneas de corriente del fluido, por lo cual se debe estudiar qué tipo de compuerta es conveniente utilizar a la hora de ejecutar un proyecto, ya que no todos son utilizables para dar soluciones hidráulicas, y es que su importancia recae en que son de gran ayuda para el control de flujos de agua, control de inundaciones, proyectos de irrigación, crear reservas de agua, etc.

Se concluye que se obtendrá un salto hidráulico notable cuando existe una intervención como lo es la compuerta, por donde se dará la altura crítica, y en algunos casos es notable esta presencia debido a que el agua sube al aumentar su energía, causando turbulencia en pequeños tramos

Las características físicas del vertedero tienen gran influencia en las líneas de corriente, debido a que se pueden obtener diferentes tipos de flujos

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS

http://www.bdigital.unal.edu.co/12697/31/3353962.2005.Parte%206.pdf

http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/2_vertederos.pdf

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https://www.youtube.com/results?search_query=tipos+de+vertederos+hidraulica

http://www.academia.edu/9190713/PR%C3%81CTICA_DE_LABORATORIO_FLUJO_UNIFORME_LABORATORY_PRACTICE_UNIFORM_FLOW

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