reporte final equipo 4

H I D R A U L I C A D E C A N A L E S

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD VICTORIA

HIDRAULICA DE CANALES

ING. CYNTHIA ALEJANDRA RUEDA CONTRERAS

REPORTE DE PRÁCTICAS

EQUIPO 4

CHARLES SALINAS LUIS ENRIQUE 10380026

DAVILA LUCIO EDUARDO ALEJANDRO 10380034

LOPEZ IBARRA DELMAR JOSIMAR 10380078

MANZANO RUIZ FRANCISCO JAVIER 10380082

SALAS PEREZ JOSE MIGUEL 10380141

03 de Junio de 2013


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CONTENIDO.

PRACTICA 1: CALCULO DEL NUMERO DE REYNOLDS

PRACTICA 2: CALCULO DEL NUMERO DE FROUDE

VERTEDOR CIMACIO

PARED DELGADA

PARED GRUESA

PRACTICA 3: PERDIDA DE ENERGIA EN UNA SECCION


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PRACTICA 1: CALCULO DEL NUMERO

DE REYNOLDS


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OBJETIVO

Relacionar la velocidad y las propiedades físicas de un fluido, así como la Geometría del ducto por el que fluye con los diversos patrones de flujo.

El objetivo al realizar esta práctica es conocer el comportamiento que se da a un

flujo a través del canal y mediante los cálculos conocer de que tipo es como lo

puede ser :

Laminar

Transicional

Turbulento


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FUNDAMENTOS TEORICOS

El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño

de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Este

número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien lo describió

en 1883.

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un

flujo en una expresión adimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de

fluidos. Dicho número o combinación adimensional aparece en muchos casos relacionado con el

hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento

(número de Reynolds grande).

Dónde:

V= velocidad media del flujo, en m/s L= longitud característica, en m

=viscosidad cinemática del agua, en m2/s

El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de

viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de

Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en qué

condiciones el flujo será laminar o turbulento.

Se conoce como flujo turbulento al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en

que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se

encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos,(no coordinados) como por ejemplo el

agua en un canal de gran pendiente.

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_adimensional

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_fluidos

http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_de_reactores

http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_de_reactores

http://es.wikipedia.org/wiki/Fen%C3%B3menos_de_transporte

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Osborne_Reynolds

http://es.wikipedia.org/wiki/1842



http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Caos

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_puntual

http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(ingenier%C3%ADa)


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MATERIAL Y EQUIPOS A UTILIZARSE.

1.- Canal Hidráulico: Es el principal equipo a utilizarse ya que en él se realizara la práctica,

consta de una base interior de 2cm, cuenta con un tanque que se llena con agua, válvula

reguladora, botón de encendido.

2.- Agua: De vital importancia en la práctica ya que con ella se determina el tipo de flujo esto

con ayuda de la válvula reguladora de velocidad., se necesitan 8 garrafones de este tipo.


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3.- Tinta: Se tiene en un recipiente de aproximadamente un litro y esta se vierte en el inyector

de tintas.

4.- Franela: Su función es la de contener el liquido al momento de que se está regulando la

velocidad tiene unas dimensiones aproximadas de 30 x 40 cm


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5.- Jarra de plástico graduada de 2lt: Sirve como medida estándar de volumen en la práctica

6.- Regla: Se utilizó una de metal para con ella medir la altura que tendría cada tirante

utilizado


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7.- Cronometro: Con la ayuda del cronometro podemos contar en cuanto tiempo tarda en

llenarse la jarra de 2lts y así poder calcular el gasto.

8- Calculadora: Se utiliza para realizar las operaciones de los cálculos, de preferencia se

recomienda usar calculadora científica.


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9.- Lápiz: Indispensable para anotar todos los datos a utilizar en el cálculo del flujo, se emplea

un lápiz para facilitar el trabajo si llegamos a equivocarnos al tomar una lectura.

10- Inyector de tinta: Cuando se regula la velocidad inmediatamente se abre el inyector de

tinta, que nos ayudara a observar que tipo de flujo es el que estamos tratando.


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11- Cuaderno: Para llevar un orden de todos los datos que se necesiten tomar para la

realización de la practica desde formulas empleadas hasta resultados.


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ESQUEMA DEL ENSAYO


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PROCEDIMIENTO

Para empezar la realización de la práctica se reciben las indicaciones de la maestra así

como nos explica la finalidad con la que se realiza la práctica.

Se omite el procedimiento de llenado de tanque de canal ya que equipos anteriores lo

habían realizado y se utiliza la misma agua.

A continuación se vierte un poco de tinta al inyector que después por medio de agujas

soltara la tinta sobre el canal.

Se procede a encender el canal teniendo como precaución regular la velocidad del agua

por medio de la válvula reguladora.

Se coloca la franela al final del canal para evitar que el agua se tire fuera del canal.

Teniendo regulada la velocidad se procede a abrir el inyector de tinta para que esta

salga sobre el fluido y observar que tipo de flujo vamos a medir.

Después de identificado el tipo de flujo se procede a realizar el tirante de cada uno de

ellos.

La velocidad la calculamos con la ayuda de la jarra de plástico y mediante un

cronometro para poder obtener el gasto. Este paso se realiza 10 veces.

Teniendo todos los datos necesarios se procede a la realización del cálculo usando la

fórmula del número de Reynolds.


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DATOS, CALCULOS, TABLAS Y GRAFICAS

FLUJO LAMINAR.

Repetición Volumen / lts Tiempo (Seg) Q = lts /seg

1 2lt 33.97 0.058875478

2 2lt 33.45 0.059740732

3 2lt 34.10 0.058651026

4 2lt 33.51 0.059683676

5 2lt 33.72 0.059311981

6 2lt 34.11 0.058633831

7 2lt 34.30 0.058309037

8 2lt 34.22 0.058445353

9 2lt 34.50 0.057971014

10 2lt 34.45 0.058055112

34.033 0.058772728

Datos. Área:

B= 0.02m A= Bd = (0.02) (0.095) = 0.0019m2

d= 0.095m Velocidad

Q= 0.000058772728m3/s V = Q/A = (0.000058772728) / (0.0019) = 0.031

Perímetro

P= B + 2d = (0.02) + 2(0.095) = 0.21m

Radio

R=A/P= (0.0019)/(0.21) =0.009047619048

= 1121.904762


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FLUJO TURBULENTO.

Repetición Volumen / lts Tiempo (seg) Q = lts /seg

1 2lt 5.87 0.340715502

2 2lt 5.46 0.366300366

3 2lt 5.42 0.36900369

4 2lt 5.20 0.384615384

5 2lt 5.27 0.379506641

6 2lt 5.42 0.36900369

7 2lt 5.24 0.381679389

8 2lt 5.54 0.36101083

9 2lt 5.30 0.37735849

10 2lt 5.33 0.375234521

5.402 0.37044285

Datos. Área:

B= 0.02m A= Bd = (0.02) (0.098) = 0.00196m2

d= 0.098m Velocidad

Q= 0.00037044285m3/s V = Q/A = (0.00037044285) / (0.00196) = 0.189

Perímetro

P= B + 2d = (0.02) + 2(0.098) = 0.216m

Radio

R= A/P = (0.00196)/(0.216) =0.009074074074

= 6860


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Después de haber concluido la práctica llegamos a resultados satisfactorios ya que al

momento de realizar los cálculos el flujo que se obtiene experimentalmente es el

esperado.

Una conclusión importante es la observación que se hace cuando al aumentar la velocidad

del canal el flujo pasa de ser de tipo laminar a tipo turbulento.

El número de Reynolds es quizás el más utilizado y al realizar esta práctica nos damos

cuenta que es fundamental entenderlo.


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BIBLIOGRAFIA

Hidráulica II

Rodríguez Ruiz Pedro

Hidráulica

Trueba Coronel

Mecánica de fluidos,

Merle C. Potter, David C. Wiggert

http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Fundamentos.pdf



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PRACTICA 2: CALCULO DEL NUMERO

DE FROUDE


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OBJETIVO

Se plantea como principal objetivo el conocer los estados del flujo en canales abiertos. El

agua circula en canales de tipo abiertos es de gran utilidad para las personas. En esta

práctica se presentarán varias formas para la medición del gasto en un canal abierto


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El número de Froude (Fr) es un número adimensional que relaciona el efecto de las fuerzas de

inercia y las fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido. Debe su nombre al ingeniero

hidrodinámico y arquitecto naval inglés William Froude (1810 - 1879). De esta forma el número

de Froude se puede escribir como

Matemáticamente, el número de Froude es:

Como es posible observar, en el numerador de la expresión anterior se toman en cuenta el

efecto de las fuerzas inerciales y, en el denominador, el efecto causado por las fuerzas

gravitacionales. A medida que aumenta el número de Froude, mayor es la reacción inercial, si

disminuye, entonces es mayor el efecto de la fuerza gravitacional. ¿Qué sucede cuando el flujo

es horizontal? De manera general, para caracterizar el flujo con este parámetro tenemos:

Fr<1.0 flujo subcrítico

Fr=1.0 flujo crítico

Fr>1.0 flujo supercrítico

Además de los parámetros presentados líneas arriba, un flujo puede clasificarse en permanente

o no permanente; uniforme o no uniforme; unidimensional, bidimensional o tridimensional;

rotacional o irrotacional, etc.

Un flujo se considera permanente cuando en un punto dado sus características hidráulicas

(velocidad, altura del tirante, entre otros) no varían con el tiempo, es decir, se mantienen

siempre constantes, en caso contrario el flujo se considera no permanente.

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_adimensional

http://es.wikipedia.org/wiki/William_Froude


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1.- Canal Hidráulico Grande: Aquí se realizara la práctica usando los tipos de pared que

se requieren

2.- Agua: Llenar el tanque del canal para poder realizar la práctica.


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3.- Regla: Se utilizó una de metal para con ella medir la altura que tendría cada tirante

utilizado

4.- Cimacio


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5.- Pared Delgada

6.- Pared Gruesa


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7.- Lápiz Indispensable para anotar todos los datos a utilizar en el cálculo del flujo, se

emplea un lápiz para facilitar el trabajo si llegamos a equivocarnos al tomar una lectura.

8.- Calculadora Se utiliza para realizar las operaciones de los cálculos, de preferencia se

recomienda usar calculadora científica.


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9.- Cuaderno: Para llevar un orden de todos los datos que se necesiten tomar para la

realización de la practica desde formulas empleadas hasta resultados.


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ESQUEMA DEL ENSAYO


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PROCEDIMIENTO

Procedemos a encender el canal

Se calcula el gasto, esto se realiza bajando la palanca del canal y esperando que se

vote al momento de acumularse los 15 litros que soporta, se toman los datos y se repite el

paso 5 veces.

Colocamos primeramente el vertedor de cimacio en el canal.

Se realiza un movimiento en la compuerta para conseguir el flujo adecuado evitando que

el salto se ahogue, si esto llega a suceder se repite el movimiento de la compuerta hasta

que el salto quede libre.

Se toma la medida de los tirantes

Se realizan los mismos pasos anteriores pero ahora poniendo dentro del canal la pared

gruesa.

Después de terminar con la pared delgada se procede a realizar lo mismo con la pared

delgada.


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CIMACIO

B= 7.5

Q= 0.001306 m3/s

Dn= 9.3cm

D1 = 1.5cm

D2= 5.2cm

An = Bd = (7.5) (9.3) = 69.75cm2 = 0.006975m2

Vn= Q/A = 0.001306 m3/s 0.006975m2 = 0.19m/s

√

A1 = Bd = (7.5) (1.5) = 11.25cm2 = 0.001125m2

V1= Q/A = 0.001306 m3/s 0.001125m2 = 1.16m/s

√

A2 = Bd = (7.5) (5.2) = 39cm2 = 0.0039m2

V2= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0039m2 = 0.33m/s

√


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PARED GRUESA

B= 7.5

Q= 0.001306 m3/s

Dn= 6cm

D1 = 1.2cm

D2= 4cm

An = Bd = (7.5) (6) = 45cm2 = 0.0045m2

Vn= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0045m2 = 0.29m/s

√

A1 = Bd = (7.5) (1.2) = 9cm2 = 0.0009m2

V1= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0009m2 = 1.45m/s

√

A2 = Bd = (7.5) (4) = 30cm2 = 0.0030m2

V2= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0030m2 = 0.435m/s

√


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PARED DELGADA

B= 7.5

Q= 0.001306 m3/s

Dn= 7.9cm

D1 = 1.4cm

D2= 4.3cm

An = Bd = (7.5) (7.9) = 59.25cm2 = 0.005925m2

Vn= Q/A = 0.001306 m3/s 0.005925m2 = 0.22m/s

√

A1 = Bd = (7.5) (1.4) = 10.5cm2 = 0.00105m2

V1= Q/A = 0.001306 m3/s 0.00105m2 = 1.24m/s

√

A2 = Bd = (7.5) (4.3) = 32.25cm2 = 0.003225m2

V2= Q/A = 0.001306 m3/s 0.003225m2 = 0.40m/s

√


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Cuando cierto tipo de flujo cambia de su estado subcrítico a uno supercrítico se presenta

una transición en la superficie libre del agua, como la que sucede en un vertedor, sin embargo, en el momento que hay un cambio de flujo supercrítico a subcrítico ocurre un Salto Hidráulico. Este fenómeno hidráulico se reconoce porque existe una sobreelevación brusca del tirante con una gran agitación en el flujo.


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BIBLIOGRAFIA




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PRACTICA 3: PERDIDA DE ENERGIA

EN UNA SECCION.


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OBJETIVO

Obtener el cálculo de la perdida de energía en una sección a escala con su respectivo

vertedor y conocer en que afecta está perdida de energía. Saber expresar las tres

formas de energía según la ecuación de Bernoulli


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Se conoce como salto hidráulico a la elevación brusca de la superficie critica cuando el

escurrimiento permanente pasa del régimen crítico al súper crítico y de este al subcrítico, este

cambio brusco de régimen se caracteriza por una turbulencia que implica la aparición de

velocidades en dirección opuesta al flujo que propicia choques en forma más o menos caótica,

ocasionando una gran cantidad de energía.

Pérdida de energía:

d2= tirante conjugado mayor o altura del salto, en m.

d1= tirante conjugado menor, en m.

= energía especifica en la sección 1, en m.

= energía especifica en la sección 2, en m.


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1.- Canal Pequeño

2.-Vertedor: tiene la función de crear el salto y así poder empezar a medir los tirantes


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3.-Desarmador: Nos ayuda a poner el vertedor sobre el canal

4.-Regla: Se necesita para medir el tirante, puede ser metálica, plástica o de madera.


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5.-Jarra graduada de 2lt: sirve como medida estándar del volumen del líquido

6.-Cronometro: Con el medimos el tiempo que tarda en llenarse la jarra.


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ESQUEMA DEL ENSAYO


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PROCEDIMIENTO

Reconocimiento del equipo, en este caso la práctica se realiza con el canal pequeño.

Poner en funcionamiento el canal y se coloca un vertedor a escala utilizando un

desarmador para fijarlo.

Variar la velocidad de agua con la válvula.

Para el cálculo del caudal (Q) (Tomar cinco tiempos y se utiliza el mismo volumen de 2L,

sacar promedios).

Se recopilan los datos y se aplican las fórmulas para sacar gasto (Q) energía especifica

(E) y la pérdida de energía por fricción (HF)


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Volumen (lts) Tiempo (Seg) Q (m3/seg)

2lt 14.41 0.000139

2lt 14.73 0.000136

2lt 15.12 0.000132

2lt 14.53 0.000137

2lt 15.02 0.000133

14.76 0.000134

OPERACIONES

DN – 0.0760m

D1- 0.010m

A= Bd = (0.02) (0.0100) =0.0002m2

M/s

D2- 0.0270m

A= Bd = (0.02) (0.0270) =0.00054m2

M/s


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D (m) A(m2) V (m/s) V2 / 2g E (m)

0.010 0.0002 0.67 0.2287714 0.032879714

0.020 0.0004 0.335 0.00571992864 0.025719928

0.027 0.00054 0.248148148 0.003138506797 0.030138506

0.030 0.00060 0.223333333 0.002542190501 0.03254219

0.040 0.00080 0.1675 0.001429982161 0.041429982

0.050 0.0010 0.134 0.0009151885831 0.050915188

0.060 0.0012 0.111666666 0.0006355476195 0.06063554762

0.070 0.0014 0.095714285 0.0004669329436 0.0704669329436

0.076 0.00152 0.088157894 0.0003961169355 0.0763961169355

0.080 0.0016 0.08375 0.0003574955403 0.0803574955403


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Analizando los resultados de las pérdidas de carga generadas por la fricción se concluye que

al aumentar el caudal, las pérdidas se hacen mayores, estableciéndose una relación

directamente proporcional.

En el diseño de conductos abiertos como son los canales es importante definir la energía

específica que presenta el flujo en una determinada sección, ya que esto nos permite definir la

capacidad para desarrollar un trabajo


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BIBLIOGRAFIA

HIDRAULICA II, RODRIGUEZ RUIZ PEDRO



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