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PRÁCTICA VII. ESTUDIO DE LA ENERGIA ESPECÍFICA EN CANALES RECTANGULARES

Adriana Cadena Durán – Cristian Guerrero Castro

Popayán, Jueves 2 de Octubre del 2014LABORATORIO DE HIDRÁULICA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILUNIVERSIDAD DEL CAUCA

ESTUDIO DE LA ENERGIA ESPECÍFICA EN CANALES RECTANGULARES

Datos obtenidos en laboratorio:

1. Para los datos de caudal y ancho de base del canal obtenidos para el experimento, grafique la ecuación de energía específica tomando incrementos de la profundidad Y de 0.50 cm. Use una escala conveniente y la misma para Y y E. Recuerde que un ramal es asintótico al eje horizontal y otro a un eje inclinado 45º.

Ecuación de la energía específica:

E= y+ V 2

2 g Como: V=Q

A

Entonces:

E= y+ Q2

2 g A2

En canales rectangulares se tiene que q=Qb

, por lo tanto la ecuación se transforma así:

E= y+ q2

2 g Y 2

Para el canal con sección transversal rectangular se calculó el caudal con la ecuación de patronamiento, cuya ecuación se muestra a continuación:

Q=17,896 H 2,416

Como H = 7,5 cm; entonces

Q=17,896 ¿7,52,416 Q=2327,58cm3

s

PRÁCTICA VII. ESTUDIO DE LA ENERGIA

ESPECIFICA EN CANALES RECTANGULARES

Luego, q=Qb

Como b = 14,3 cm entonces q=2327.5814,3

=162,77cm3

cm−s

Calculo de la energía específica para un y=4.05 cm

E=4,05+ 162,772

2∗980∗4,052 =4.87 cm

2. Calcule la profundidad crítica Yc y la energía específica mínima Emin con las ecuaciones pertinentes.

Cálculo de la profundidad crítica Yc y de la energía específica mínima:

Y c=3√ q2

g y Emin=

32

Y c Q=2327,58cm3

s

Luego, q=Qb

Como b = 14,3 cm entonces q=2327.5814,3

=162.77cm3

cm−s

yc=3√ 162,772

980

yc = 3.0 cm

Por lo tanto:

Emin=32∗3.0=4.5 cm

Y (cm) E (cm)

4.05 4.873.84 4.762.5 4.662.55 4.632.36 4.792.05 5.271.7 6.38



3. Determine de tablas el coeficiente de Manning para el canal del ensayo (vidrio o plástico) y determine la pendiente crítica Sc.

Vc=4,64n

Rc2/3 Sc

1/2

Donden = 0,010 (Vidrio)

Ac=b Y c Ac=14,3∗3.0=42.9 cm2

Bc = b Bc = 14,3 cm

Pc= b+2yc Pc=14,3+2∗3.0=20.3 cm

Rc=Ac

PC

Rc=42.920.3

=2.11cm

Vc=QA

=2327.5842.9

= 54.26 m

seg

Luego :

= = Sc=0,0051

4. Para cada profundidad medida en el laboratorio calcule la velocidad y la energía específica y ubique los puntos (E, Y) en la gráfica anterior.

V =Q

Amojada =2327.58

57.92 = 40.19 cm/s

Y (cm) Q(cm³/s) Amojada(cm²)

V(cm/s) E (cm)

4.05 57.92 40.19 4.873.84 54.91 42.39 4.762.5 35.75 65.11 4.662.55 2327.58 36.47 63.82 4.632.36 33.75 68.97 4.792.05 29.32 79.39 5.271.7 24.31 95.75 6.38

Sc=(54 .26∗0 . 010

4 . 64∗2 .1123 )

2Sc=( Vc∗n

4 .64∗R23 )

2



5. Para cada profundidad experimental calcule el número de Froude FR y de acuerdo a su valor clasifique el flujo.

FR=V

√ g Y h

Para canales de sección rectangular Y h =Y

6. Observaciones:

a. Compare los valores de Yc, Emín de la gráfica teórica con los valores obtenidos en el experimento.

Los valores de Profundidad critica Y Emin son un poco menores en los datos Experimentales esto es debido a que en el laboratorio se cometen pequeños errores y no se tienen en cuenta las perdidas.

b. Analice las variaciones de la profundidad de flujo Y, la velocidad y FR cuando se aumenta la

pendiente.

El tirante va disminuyendo con el incremento de la pendiente de la solera. Así mismo la velocidad media va aumentando a medida que el tirante va disminuyendo.

Para tirante mayores al tirante crítico se presenta flujo subcritico, y para tirantes menores se presenta flujo supercrítico. Esto se comprueba con los Números de Froude obtenidos

Y (cm) V(cm/s) FR Clasificación

del flujo

4.05 40.19 0.64 Flujo lento o subcrítico3.84 42.39 0.69 Flujo lento o subcrítico2.5 65.11 1.32 Flujo rápido o supercrítico2.55 63.82 1.28 Flujo rápido o supercrítico2.36 68.97 1.43 Flujo rápido o supercrítico2.05 79.39 1.77 Flujo rápido o supercrítico1.7 95.75 2.35 Flujo rápido o supercrítico



c. Compruebe que para pendientes mayores que la pendiente crítica (Sc) el flujo es supercrítico y para pendientes menores el flujo subcrítico.

Sc = 0.0051; Yc = 3.0 m

Y > Yc; FR < 1 Flujo Subcritico

Y < Yc; FR > 1 Flujo Supercrítico

Así que cuando el tirante es mayor que la profundidad crítica y la pendiente de la solera menor que la pendiente crítica y el número de Froude es menor de uno se presenta flujo subcritico.

Y cuando el tirante es menor que la profundidad critica y la pendiente de la solera es mayor que la pendiente crítica y el número de Froude es mayor de uno se presenta flujo supercrítico.

So =Z 1−Z 2

L=84.4−84.1

270=0.0011

Y (cm) S0 FR

4.05 0.0011 0.643.84 0.0022 0.692.5 0.0033 1.32

2.55 0.0037 1.282.36 0.0067 1.432.05 0.011 1.771.7 0.019 2.35

Y (cm) Z1 Z2 L(cm) S0

4.05 84.4 84.1 0.00113.84 84.3 83.7 0.00222.5 84.1 83.2 0.00332.55 84.2 83.2 270 0.00372.36 83.9 82.1 0.00672.05 83.7 80.7 0.0111.7 83.3 78.1 0.019



9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones:

A medida que se aumenta la pendiente se disminuye la energía específica hasta llegar al punto crítico y después de este punto la energía específica incrementa.

A profundidad crítica y un caudal constante se presenta la energía específica mínima. El flujo subcrítico o flujo supercrítico se presenta para valores menores o mayores respectivamente.

El Flujo subcrítico se presenta cuando la velocidad y la pendiente son menores que la crítica, la profundidad es mayor que la crítica, y el número de Froude <1. en este tipo de flujo la velocidad es baja.

El flujo supercrítico se presenta cuando la profundidad es menor que la crítica, la velocidad y la pendiente mayores que la crítica y el número de Froude >1. En este tipo de flujo la velocidad es alta.

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