informe final laboratorios hidraulica

Laboratorio #1 Determinacin del rgimen de flujo de un canal

Edisson Ferreira Jos Villa Lindys Quintero Fanny Molina

Hidrulica

Facultad de Ingeniera Universidad del Magdalena

Santa Marta D.T.CH, Magdalena - Mayo del 2014

Email: [email protected], @RLopesierra

RESUMEN

Se hizo fluir agua mediante un canal artificial de seccin rectangular con una compuerta en el

centro, al cual se le tomaron las lecturas manomtricas con el fin de hallar el caudal a manejar.

Luego mediante un termmetro se registr la temperatura del agua para as poder hallar su

viscosidad. Se midieron 3 tirantes en la zona aguas arriba del canal y 3 en la zona aguas abajo con

el propsito de promediarlos y tener datos exactos. Tambin por medio de una bola de plstico

pequea puesta en el flujo se cronometro hasta cierto punto su desplazamiento para as medir la

velocidad del flujo, realizado 3 veces para una mayor exactitud de la velocidad.

Este mismo proceso se realiz 3 veces ms variando la altura de la compuerta central del canal.

Tendiendo los datos, se procedi a realizar los respectivos clculos como el rea, permetro

mojado, velocidad del flujo, radio hidrulico, numero de Reynolds, numero de Froude y por

ltimo, se hizo el anlisis de los resultados obtenidos.

Palabras claves: Canal artificial, tirantes, velocidad del flujo, numero de Reynolds, numero de

Froude.

OBJETIVOS

Determinar el rgimen de flujo en un canal a partir del nmero de Reynolds y el nmero

de Froude.

Identificar los elementos geomtricos de la seccin de un canal.

Establecer la relacin que se obtiene al graficar Tirante vs Altura de Velocidad y Ancho del

Canal vs No. De Froude.

Afianzar los conceptos sobre regmenes de flujo en un canal.

MATERIALES Y MTODOS

Los materiales utilizados en este laboratorio fueron (Ver Anexos):

Materiales Cantidad

Agua Necesaria

Canal 1

Cronmetro 2

Medidor de Tirantes 2

Paletas 2

Tabla 1. Materiales.

A los 3 tirantes, al igual que a las 3 distancias y a los 3 tiempos, se tomaron tanto aguas arriba

como aguas abajo y se estableci un promedio con estos datos para una mayor exactitud. Esto se

realiz, de igual manera, a los otros datos tomados con el cambio de la altura de la compuerta;

con los promedios de los tirantes se calcul junto a la base el rea del canal y, con el de las

distancias y los tiempos se calcul la velocidad del flujo. Teniendo el rea y la velocidad del flujo,

se hall el caudal y una vez hallados en los datos de las diferentes alturas de la compuerta, se sac

un promedio de este.

Se procedi a determinar el permetro mojado, el radio hidrulico para los valores medidos tanto

aguas arriba como aguas abajo para cada abertura de la compuerta. Por ltimo, se hallaron los

nmeros de Reynolds y Froude para cada pareja de mediciones.

Estas fueron las frmulas utilizadas para obtener los resultados:

rea:

Y= Tirante del canal B= Base del canal

Permetro mojado:

B=Base del canal

Radio hidrulico :

A= rea P= Permetro mojado Y=Tirante del canal

Velocidad:

X= Distancia recorrida T= Tiempo

Caudal:

A= rea del canal V= Velocidad

Numero de Reynolds:

Rh= Radio hidrulico V= Velocidad del flujo = Viscosidad del agua

Numero de Froude:

V=Velocidad del flujo g= Gravedad Y= Tirante

Altura de velocidad:

V= Velocidad del flujo g= Gravedad

Diferencia entre el tirante y el ancho del canal:

Y= Tirante del canal B= Base del canal

RESULTADOS Y ANLISIS

Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

El ancho del canal fue el mismo para todos B= 0,3 m , la viscosidad del agua fue igual a 8,97x10-7

teniendo en cuenta la temperatura que fue 29C, la distancia recorrido por el objeto de plstico

fue de 2 m para todos y el caudal segn la medicin manomtrica fue de 11, 63 l/seg.

Aguas arriba:

Tirante (m) rea

(m2)

Permetro

mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Tiempo (seg) Velocidad

(m/seg)

Numero R Numero Fr

0,2243 0,067 0,7486 0,089 11,45 0,17 16867 0,11

0,1846 0,05538 0,6692 0,0827 9,35 0,2139 19720 0,15

0,1583 0,04749 0,6166 0,077 6,89 0,29 24894 0,23

0,1323 0,03964 0,5646 0,0702 7,08 0,2824 22100 0,24

Tabla 2. Datos aguas arriba del canal.

Y V2/2g

0,2243 1,47x10-3

0,1846 2,33x10-3

0,1583 4,28x10-3

0,1323 4,06x10-3

Tabla 3. Tirante vs Altura de velocidad (aguas arriba).

Grfica 1. Tirante vs Altura de velocidad (aguas arriba).

Se puede observar como es el comportamiento del tirante segn la altura de velocidad, donde el

tirante aumenta mientras su altura de velocidad va decreciendo.

Y/B Fr

0,74 0,11

0,615 0,15

0,527 0,23

0,441 0,24

Tabla 4. Y/B vs Fr (aguas arriba).

Grfica 2. Y/B vs Fr (aguas arriba).

Analizando la grfica, se dice que a medida de que el nmero de Froude aumenta la relacin

tirante-base va decreciendo progresivamente.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,002 0,004 0,006

Tirante

Tirante

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 0,1 0,2 0,3

Y/B

Y/B

Aguas abajo:

Tirante (m) rea

(m2)

Permetro

mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)


(m/seg)

Numero R Numero Fr

0,0266 0,00798 0,3532 0,02259 1,22 1,64 41210 3,21

0,0303 0,00909 0,3606 0,0252 1,26 1,58 44387 2,89

0,0326 0,00978 0,3652 0,0267 1,57 1,27 37901 2,24

0,0366 0,0109 0,3732 0,0292 1,43 1,39 45248 2,31

Tabla 5. Datos aguas abajo del canal.

Y V2/2g

0,0266 0,137

0,0303 0,127

0,0326 0,082

0,0366 0,098

Tabla 6. Tirante vs Altura de velocidad (aguas abajo).

Grafica 3. Tirante vs Altura de velocidad (aguas abajo).

Esta grafica muestra el decrecimiento del tirante o profundidad cada vez que va aumentando la

altura de velocidad del flujo.

Y/B Fr

0,088 3,21

0,101 2,89

0,108 2,24

0,122 2,31

Tabla 7. Y/B vs Fr (aguas abajo).

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0 0,05 0,1 0,15

Tirante

Tirante

Grafica 4. Y/B vs Fr (aguas abajo).

Esta grafica nos muestra cmo va disminuyendo la relacin Tirante-Base cada vez que

aumentando el nmero de Froude del flujo.

CONCLUSIN

Como era de esperarse, los regmenes de flujo antes y despus de la compuerta (aguas arriba y

aguas abajo) iban a variar, esto se debe a que la compuerta produce una cada hidrulica donde el

flujo cambia su rgimen de Subcrtico-Turbulento a Supercrtico-Turbulento, esto nos dice que el

tirante decrece y de que la velocidad del flujo aumenta.

Tambin se pudo observar que a medida de que la compuerta se iba el tirante aguas arriba de esta

iba disminuyendo mientras que aguas arriba iba aumentando, mientras que en ambas el flujo iba

aumentando su nmero de Reynolds indicando que cada vez se iba haciendo ms turbulento.

Hubo datos donde el Reynolds en vez de aumentar disminuyo y esto se debe a que hubo una

posible anomala a la hora de determinar el tiempo recorrido del objeto utilizado. Mientras que en

el caso del nmero de Froude el flujo aguas arriba de la compuerta iba hacindose mayor mientras

que aguas abajo iba disminuyendo.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 2 4

Y/B

Y/B

Laboratorio #2 Energa Especifica


Hidrulica Facultad de Ingeniera

Universidad del Magdalena Santa Marta D.T.CH, Magdalena - Mayo del 2014


RESUMEN En un canal rectangular se hizo fluir un caudal determinado de agua que variaba segn la apertura de la compuerta, a partir de esto se procedi a tomar cuatro alturas denominadas tirantes a la cual se encontraba el agua a partir de una pelota de plstico, tanto aguas arriba de la compuerta y aguas debajo de la compuerta, en cuatro tiempos diferentes. Para que fluyera un caudal constante se encendi una bomba, posteriormente se seleccion una altura en la compuerta y se esper durante aproximadamente 20 segundos para que se estabilizara el caudal. Al realizar las lecturas del manmetro del venturimetro se registraron en una tabla, y se procedi a medir los cuatro tirantes, tanto aguas arriba como aguas abajo y la medicin de la velocidad del flujo aguas arriba y aguas abajo mediante una pelota de plstico y la toma de los tiempos con un cronometro. Al terminar esto se promediaron los datos obtenidos en el laboratorio y luego de esto se procedi a realizar los clculos correspondientes, la grfica Energa Especifica vs Tirante y el anlisis de los datos. Al realizar los clculos primeramente como se dijo anteriormente se realiz un promedio de los valores de tirante (aguas arriba y aguas abajo), con estos valores se calcul radio hidrulico, rea, profundidad hidrulica, numero de froude, velocidad, permetro mojado, energa especifica aguas arriba y aguas abajo y un promedio de cada uno de estos valores, y con los promedio de los valores se realiz el clculo de tirante crtica y las grficas. PALABRAS CLAVES: Energa especfica, profundidad critica, supercrtico, subcritico, canal hidrulico. OBJETIVOS

Observar el comportamiento del flujo en un canal Hidrulico, para la identificacin de los

parmetros que intervienen en la determinacin de la energa especifica de un canal.

Graficar con los datos obtenidos la curva de energa y la interpretacin de esta.

Comparar los resultados tericos con los datos obtenidos en el laboratorio.

MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

Los materiales usados para la realizacin de este laboratorio fueron (Ver Anexos):

Materiales Cantidad

Agua Necesaria

Canal 1

Cronmetro 2


Pelotas 2 Tabla 1. Materiales.

Tomar un canal hidrulico artificial con seccin rectangular (necesariamente con una compuerta en la parte central del canal) para la realizacin del laboratorio. Posterior a esto encender la bomba para que fluya un caudal, Seleccionar una altura en la compuerta, la cual no se tendr en cuenta, espere durante un lapso de tiempo de aproximadamente 20 segundos para que se estabilice el canal. Registrar en una tabla las lecturas del manmetro del venturimetro. Se midieron 4 tirantes aguas arriba y 4 tirantes aguas abajo, con el fin de promediarlos. Se midi la velocidad del flujo tanto aguas arribas como aguas abajo mediante una pelota pequea de plstico, la cual se debe llenar de agua en su interior para que no flote sobre el canal sino que este superficialmente dentro de la corriente de agua a medida que se est realizando esto realizar la Toma del tiempo con un cronmetro en una distancia razonable donde los errores sean mnimos, es decir, que no sea tan larga ni tan corta la distancia. Cuando se tengan los cuatro datos con alturas distintas en la compuerta, se procede a obtener los clculos.

ANALISIS Y RESULTADOS OBTENIDOS

Los resultados que se obtuvieron en el laboratorio fueron los siguientes: El ancho del canal fue el mismo para todos b= 30 cm (0,3 m), la viscosidad del agua fue igual a 8,97x10-7 teniendo en cuenta la temperatura que fue 29C, la distancia recorrida por el objeto de plstico fue de 2 m para todos y el caudal segn la medicin manomtrica fue de 11, 63 l/seg (0,01163 m3/seg) y el h en todos los casos fue de 20mm (0,02 m).

Tirantes Aguas Arriba (mm)

Aguas Abajo (mm)

Tiempos Aguas Arriba (Seg)

Aguas Abajo (Seg)

Tirante 1 224,3 26,6 Tiempo 1 11,45 1,22

Tirante 2 184,6 30,3 Tiempo 2 9,35 1,26

Tirante 3 158,3 32,6 Tiempo 3 6,89 1,57

Tirante 4 132,3 36,6 Tiempo 4 7,08 1,43 Tabla 2. Datos promedio obtenidos en laboratorio.

Al tener los datos promedio se procede a determinar el rea de la seccin transversal y el valor del

caudal con los datos de velocidad promedio.

Como el canal es rectangular el rea es:

B = base

La base es constante b=0,3m.

Velocidad:

Donde la distancia recorrida en todos los casos es 2 m.

Datos aguas arriba:

Tirante (m) rea (m2) Permetro

mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)


(m/seg)

Caudal (Q)

0,2243 0,067 0,7486 0,089 11,45 0,17 0,0113

0,1846 0,05538 0,6692 0,0827 9,35 0,2139 0,0118

0,1583 0,04749 0,6166 0,077 6,89 0,29 0,0138

0,1323 0,03964 0,5646 0,0702 7,08 0,2824 0,0112

Tabla 3. Datos aguas arriba.

Datos aguas abajo:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)


(m/seg)

Caudal

(m3/seg)

0,0266 0,00798 0,3532 0,02259 1,22 1,64 0,0131

0,0303 0,00909 0,3606 0,0252 1,26 1,58 0,0144

0,0326 0,00978 0,3652 0,0267 1,57 1,27 0,0125

0,0366 0,0109 0,3732 0,0292 1,43 1,39 0,154

Tabla 4. Datos aguas abajo.

Para calcular el promedio de los valores de caudal hallados aguas arriba y aguas abajo para cada

una de las aberturas de la compuerta se tiene que:

( )

El Q promedio aguas arriba es Q=0,0121 m3/seg y el Q promedio Aguas debajo de la compuerta es

Q= 0,0138 m3/seg.

El caudal promedio para todas las mediciones sera igual a la sumatoria de los dos caudales

promedio aguas arriba y aguas abajo entre dos, entonces el caudal promedio para todas las

mediciones es Q=0,0130 m3/seg.

Para calcular el permetro mojado se tiene la ecuacin:

La profundidad Hidrulica:

Y Radio Hidrulico es:

Los valores obtenidos se tienen en la siguiente tabla:

Aguas Abajo Aguas Arriba

Tirante Permetro Mojada (m)

Profundidad Hidrulica (m)

Radio Hidrulico (m)

Tirante Permetro Mojado (m)

Profundidad Hidrulica (m)

Radio Hidrulico (m)

Tirante 1 0,7486 0,3 0,089 Tirante 1 0,3532 0,3 0,02259

Tirante 2 0,6692 0,3 0,0827 Tirante 2 0,3606 0,3 0,0252

Tirante 3 0,6166 0,3 0,077 Tirante 3 0,3652 0,3 0,0267

Tirante 4 0,5646 0,3 0,0702 Tirante 4 0,3732 0,3 0,0292

Tabla 5. Datos aguas arriba y aguas debajo de la compuerta.

El permetro promedio es 0,5064 m, el radio hidrulico promedio 0,0529 m.

El nmero de Froude para cara pareja de mediciones (aguas arriba y aguas debajo de la

compuerta) se determina mediante la frmula,

Donde la velocidad promedio aguas arriba es 0,240 m/s y la velocidad promedio aguas abajo es

1,47 m/s. el tirante promedio aguas arriba es 0,174 m y aguas abajo es 0,031 m

El nmero de Froude para aguas arriba es Fr= 0,1835 y Froude para aguas abajo es 2,652.

Para el clculo de energa especfica se tiene que la frmula es,

Y la tirante crtica es igual a:

Por lo cual, se tiene la siguiente tabla:

Datos Aguas Arriba Aguas Abajo

Energa Especifica

0,226 0,187 0,163 0,136 0,164 0,159 0,115 0,136

Tirante 0,2243 0,1846 0,1583 0,1323 0,0266 0,0303 0,0326 0,0366 Tabla 6. Datos de energa y tirante sacados por formula

La tirante critica , se calcula mediante el caudal promedio que es igual a 0,0130 m3/seg, donde

al sustituir en la ecuacin se tiene que .

Ahora, se observaran las grficas obtenidas para una mayor interpretacin de los resultados.

Grafica 1. Tirante vs energa especfica, aguas arriba y aguas abajo.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

Series1

Grafica 2. Energa especifica vs Tirante. Con Energa y Tirante crtico.

Se puede observar en las grficas que a nivel del fenmeno como tal en la naturaleza los datos

varan, lo que puede suceder por error humano ya sea al momento de tomar los datos en el

laboratorio o al momento del anlisis de estos en oficina. Tambin se pudo observar que los datos

de tirante y de energa especifica aguas arriba se encuentran en la parte inferior de la grfica con

color azul pero hay un dato que est en la parte superior, lo cual tambin sucede con los datos

aguas debajo de color rojo cuya mayora de datos est en la parte superior excepto un dato que se

encuentra en la parte inferior.

CONCLUSIN

Se puede concluir que los valores de energa, radio hidrulico, tirante, el nmero de froude, las

velocidades, el caudal, el rea, la profundidad hidrulica cambian de acuerdo a medida que

cambia la distancia de apertura de la compuerta. Tambin se pudo observar que en algunas

ocasiones los valores pueden tener errores humanos al momento de la toma de estos en el

laboratorio o en anlisis de oficina mediante las formulas.

Adems se observ que aguas arriba y aguas abajo a medida que el objeto se encontraba a menor

distancia de la compuerta el tirante disminua. En la energa especfica tambin se observa el

mismo comportamiento.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250

Aguas Arriba

Aguas Abajo

critica

Laboratorio #3 Resalto hidrulico en un canal


Hidrulica


Santa Marta D.T.CH, Magdalena - Mayo del 2014


RESUMEN

Mediante un canal artificial de seccin rectangular con una compuerta abierta a cierta altura, se

hizo fluir agua. Luego de 20 segundos (tiempo en que se espera a que se estabilice el canal), se

registr la altura manomtrica para as determinar el caudal a utilizar; mediante el levantamiento

lento de una compuerta en el fondo de la parte extrema aguas abajo del canal se produjo el

resalto, cuando ya se estabilizo la altura del flujo de agua, se tomaron 3 mediciones de tirante

tanto antes como despus del resalto con el propsito de promediarlas y tener una mayor

exactitud con los datos. La velocidad del flujo se midi cronometrando el desplazamiento de una

pelota pequea de plstico (este proceso se realiz 3 veces para promediar los datos obtenidos).

Con los datos obtenidos se procedi a realizar los clculos y posteriormente su anlisis.

Palabras claves: Resalto, compuerta, canal artificial, velocidad del flujo.

OBJETIVOS

Observar el comportamiento de un resalto hidrulico y familiarizarse con los parmetros

que intervienen en su comportamiento.

Aplicar e interpretar la aplicacin del resalto hidrulico con base en los datos obtenidos en

un canal de laboratorio, de acuerdo con el clculo de la fuerza especfica, el nmero de

Froude, la longitud del resalto, entre otros.

Establecer el tipo de resalto presentado en la prctica y la eficiencia del mismo.

Calcular las prdidas de energa ocasionadas en un resalto hidrulico.

MATERIALES Y MTODOS

Los materiales utilizados para la realizacin de este laboratorio fueron (Ver Anexos):

Materiales Cantidad

Agua Necesaria

Canal 1

Cronometro 2


Paletas 2

Tabla 1. Materiales.

A los 3 tirantes medidos tanto antes como despus del resalto se les saco su respectivo promedio,

luego de promediados, se procedi a determinar el rea de la seccin transversal del canal; al

mismo tiempo tambin se promediaron los 3 tiempos obtenidos y junto a la distancia recorrida del

objeto se hall la velocidad del flujo (Tanto antes como despus del canal). Con los resultados ya

obtenidos del rea y la velocidad se determin el caudal.

Posteriormente se hallaron datos importantes como son el nmero de Froude antes y despus del

resalto con el fin de determinar el tipo de resalto, la energa especfica, la perdida de energa, la

eficiencia, la altura y longitud del resalto y las fuerzas especficas antes y despus del resalto.

Las frmulas utilizadas para la determinacin de los datos fueron:

rea:

B= Base del canal Y= Tirante del canal

Velocidad del flujo:

X= distancia recorrido T= tiempo

Caudal:

A= rea V= Velocidad del flujo

Numero de Froude:

V= Velocidad del flujo g= Gravedad Y= Tirante

Energa especifica:

Y= Tirante V= Velocidad del flujo g= Gravedad

Eficiencia del Resalto:

E1= Energa del flujo antes del Resalto

E2= Energa del flujo despus del Resalto

Altura del Resalto:

Y1= Tirante antes del Resalto Y2= Tirante despus del Resalto

Perdida de energa :

( )

Y1= Tirante antes del Resalto Y2= Tirante despus del Resalto

Fuerza especifica:

Q= Caudal A= rea Y=Tirante B= Base del canal g=Gravedad

RESULTADOS Y ANLISIS

Los resultados obtenidos en esta prueba fueron:

El ancho del canal fue el mismo para todos B= 0,3 m, la distancia recorrida por la pelota de plstico

para todos fue de X= 1m y la lectura manomtrica fue de 82 mm mostrando un caudal de 0,02354

m3/seg. En el caso de la longitud del resalto no pudo ser hallada debido a que la formula solo se

utiliza para Y1/B < 0,10, nuestra Y/B fue de 0,15, por lo que se considera de que la formula no

aplica.

Tirante (m) rea

(m2)


(m/seg)

Numero Fr Energa

especifica (m)

Fuerza

especifica

(m3)

0,0466 0,01398 0,56 1,78 2,63 0,208 0,00438

0,153 0,0459 1,41 0,709 0,57 0,178 0,00474

Tabla 2. Datos antes y despus del resalto.

Eficiencia 0,85

Altura del Resalto (m) 0,1064

Perdida de energa (m) 0,043

Tipo de Resalto Resalto oscilante

Tabla 3. Datos del resalto.

Grafica 1. Energa vs Tirantes.

Se puede observar como la energa va disipando cuando el tirante va aumentando, esto nos

muestra como en un resalto se produce la disipacin de energa debido a la turbulencia que se

forma la cual genera una prdida de energa, esta trae consigo el aumento en la profundidad del

flujo, es decir, se produce un cambio de rgimen donde el flujo cambia de supercrtico a subcrtico.

CONCLUSIN

Se puede observar como gracias a un resalto hidrulico la energa de un flujo puede disiparse y al

mismo tiempo como puede cambiar el rgimen del flujo. En la grfica 1, se puede detallar como

fue ese cambio en el flujo y como disminuye la energa de este, aunque no fue mucha la

disipacin.

Los resultados obtenidos, como era de esperarse, no son exactos debido a que se desprecian

prdidas o pequeos detalles que afectan a estos, ya sea la composicin del canal donde se

trabaj, la eficiencia en la toma de las muestras y otros factores que influyen, es por esto s que se

promedian los datos con el fin de una mayor exactitud, pero aun as no fueron exactos. Esto se ve

en la diferencia de la fuerza especfica, donde segn la teora, las fuerzas de ambos flujos (antes y

despus del resalto) deban ser iguales; yendo a los resultados se ve que esta tiene una pequea

diferencia.

0,17

0,18

0,19

0,2

0,21

0 0,05 0,1 0,15 0,2

Energia

Energia

Laboratorio #4 Aplicacin de la ecuacin de energa especfica en canales:

flujo bajo una compuerta



Universidad del Magdalena Santa Marta D.T.CH, Magdalena - Mayo del 2014


RESUMEN

Mediante un canal artificial de seccin rectangular con una compuerta abierta a cierta altura, se

hizo fluir agua. Luego de 20 segundos (tiempo en que se espera a que se estabilice el canal), se

registr la altura manomtrica para as determinar el caudal a utilizar. Luego, por medio de una

compuerta en el centro del canal, se vara su altura con el fin de medir tres veces el tirante tanto

aguas arriba como aguas abajo a lo largo del canal. La velocidad del flujo se midi cronometrando

el desplazamiento de una pelota pequea de plstico (este proceso se realiz 3 veces para

promediar los datos obtenidos). Se realiz el mismo procedimiento con un segundo caudal para

obtener una comparacin del mismo experimento e interpretar los resultados que d se obtienen

para observar el comportamiento de un flujo bajo una compuerta.


Palabras claves: energa, compuerta, canal artificial, flujo.

OBJETIVOS

Observar el comportamiento del flujo en un canal que pasa bajo una compuerta y

familiarizarse con los parmetros que intervienen en la determinacin de la energa

especifica en el mismo.

Aplicar e interpretar aplicacin de la ecuacin de energa entre aguas arriba y

debajo de la compuerta, as como aguas arriba y aguas abajo con base en los datos

obtenidos en un canal de laboratorio.

Determinar el valor del coeficiente de descarga para los caudales medidos.

MATERIALES Y METODOS


Materiales Cantidad

Agua Necesaria

Canal 1

Cronmetro 2


Pelotas 2

Tabla 1. Materiales Empleados.

Se toma un canal hidrulico artificial con seccin rectangular con una compuerta en la parte

central del canal para la realizacin del laboratorio. Se encendi la bomba para la suministracin

de un caudal constante dentro del canal y se seleccionaron 3 alturas determinadas a la

compuerta, midiendo de estas, unos 3 tirantes aguas arriba y 3 tirantes aguas abajo con el fin de

promediarlos y tener datos ms exactos. Adems de ello, un sptimo tirante cerca de la

compuerta pero aguas abajo y una octava debajo de la compuerta.

Se midi la velocidad del flujo tanto aguas arribas como aguas abajo, por medio de una

bola pequea de plstico, tomando el tiempo con un cronmetro a una distancia razonable

donde los errores sean mnimos, es decir, que no sea tan larga ni tan corta. Se hace este

proceso 3 veces para un menor ndice de error. Despus de terminado con el caudal inicial, se

repiti los pasos anteriores con otro caudal diferente.

ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

Despus de aplicar el debido procedimiento, se obtuvieron los siguientes datos:

DATOS EXPERIMENTALES

Ancho del Canal

(m): 0,3

Medicin #

Tirantes (mm) Tirantes (mm) Tiempos (s) Distancias (m) venturimetro

Ya Yb Aguas arriba

Aguas abajo

Aguas arriba

Aguas Abajo

Aguas

Arriba Aguas

Abajo

h (mm)

Caudal (l/seg)

Promedios 1 30 21 224,3 26,6 11,45 1,22 2 2 20 11,630

Promedios 2 35 23 184,6 30,3 9,35 1,26 2 2 20 11,630

Promedios 3 40 27 158,3 32,6 6,89 1,57 2 2 20 11,630

Promedios 4 45 30 132,3 36,6 7,08 1,43 2 2 20 11,630

Tabla 2. Datos Experimentales de Tirantes y Tiempos para Clculo de Velocidades. (Primer Caudal).


Ancho del Canal

(m): 0,3

Medicin #


Ya Yb Aguas arriba

Aguas abajo

Aguas arriba

Aguas Abajo

Aguas

Arriba Aguas

Abajo

h (mm)

Caudal (l/seg)

Promedios 1 45 29 225,3 34 9,28 1,22 2 2 36 15,603

Promedios 2 50 22 198 39,3 6,46 1,29 2 2 36 15,603

Promedios 3 55 35 171,6 54,6 17,4 1,41 2 2 36 15,603

Promedios 4 60 38 153,3 47 17,06 1,47 2 2 36 15,603

Tabla 3. Datos Experimentales de Tirantes y Tiempos para Clculo de Velocidades. (Segundo Caudal).




b= base .

Velocidad

Datos aguas arriba en el primer caudal:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,2243 0,067 0,7486 0,089 0,17 0,0113

0, 1846 0,05538 0,6692 0,0827 0,2139 0,0118

0, 1583 0,04749 0,6166 0,077 0,29 0,0138

0, 1323 0,03969 0,5646 0,0702 0,2824 0,0112


Datos aguas arriba en el segundo caudal:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,2253 0,0675 0,7506 0,0899 0,2155 0,0145

0,198 0,0594 0,696 0,0853 0,3095 0,0184

0,1716 0,0514 0,6432 0,0799 0,1149 0,0059

0,1533 0,0459 0,6066 0,0756 0,1172 0,0054


Datos aguas abajo en el primer caudal:

Tirante (m) rea (m2) Permetro mojado (m) Radio Hidrulico (m) Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,0266 0,00798 0,3532 0,02259 1,64 0,0131

0,0303 0,00909 0,3606 0,0252 1,58 0,0144

0,0326 0,00978 0,3652 0,0267 1,27 0,0124

0,0366 0,0109 0,3732 0,0292 1,39 0,0151


Datos aguas abajo en el segundo caudal:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,034 0,0102 0,368 0,0277 1,63 0,0167

0,0393 0,0118 0,3786 0,0311 1,55 0,0182

0,0546 0,0164 0,4092 0,0401 1,41 0,0231

0,047 0,0141 0,394 0,0358 1,36 0,0192


Para calcular el promedio de los valores de caudal hallados aguas arriba y aguas abajo para cada una de

las aberturas de la compuerta se tiene que:

( )

De lo anterior, se obtiene lo siguiente:

Caudal/Aguas Arriba Abajo

Primero 0,01202 0,0138

Segundo 0,01105 0,0193 Tabla 8. Promedio de caudales (m

3/seg).

Lo mismo se hace con la velocidad, teniendo que:

Velocidad/Aguas Arriba Abajo

Primero 0,239 1,47

Segundo 0,189 1,49 Tabla 9. Promedio de velocidades (m/seg).

El caudal promedio para todas las mediciones sera igual a la sumatoria de los dos caudales promedio

aguas arriba y aguas abajo entre dos para cada caudal trabajado. Entonces, el caudal promedio para

todas las mediciones en el primer caudal es de Q1= 0,013 m3/seg y el del segundo caudal es de Q2=

0,0151 m3/seg.

As mismo, la velocidad promedio en todas las medidas del primer caudal es de V1= 0,85 m/seg y el del

segundo caudal es de V2= 0,83 m/seg.



Radio Hidrulico es:

El nmero de Froude para cara pareja de mediciones (aguas arriba y aguas debajo de la compuerta) se

determina mediante la frmula:

Para el clculo de energa especfica se tiene que la frmula es:

Para hallar los coeficientes de descarga y contraccin, se tiene que:

Yb = Tirante cerca de la compuerta aguas abajo B = Ancho del canal

Q = Caudal Ya = Altura de la compuerta B = Ancho del canal V = Velocidad del flujo

De lo anterior, se tiene que:

Tirante (m) Fr E. Especifica Cc Cd

PRIMER CAUDAL

0,2243 0,11 0,225 0,07 7,38

0, 1846 0,15 0,186 0,076 5,25

0, 1583 0,23 0,162 0,09 3,96

0, 1323 0,24 0,136 0,1 2,93

SEGUNDO CAUDAL

0,2253 0,14 0,227 0,096 4,98

0,198 0,22 0,203 0,073 3,96

0,1716 0,08 0,172 0,116 3,11

0,1533 0,23 0,154 0,126 2,55 Tabla 10. Datos aguas arriba.

Tirante (m) Fr E. Especifica Cc Cd

PRIMER CAUDAL

0,0266 3,21 0,164 0,07 0,88

0,0303 2,89 0,157 0,076 1,01

0,0326 2,24 0,115 0,09 1,08

0,0366 2,31 0,135 0,1 1,21

SEGUNDO CAUDAL

0,034 2,82 0,169 0,096 1,14

0,0393 2,50 0,162 0,073 1,30

0,0546 1,92 0,156 0,116 1,82

0,047 2 0,141 0,126 1,57 Tabla 11. Datos aguas abajo.

Despus de hallado los datos necesarios, a continuacin, se mostraran graficas de estos para el

respectivo anlisis de los resultados.

Grafica 1. Abertura de la compuerta vs Velocidad aguas arriba y abajo del flujo (Primer Caudal).

Ntese como a medida que se abra ms la compuerta, se tena un mayor flujo aguas arriba del canal.

Esto es debido a que al crecer la apertura de la compuerta, en esta pasara un mayor flujo de agua y

habr una mayor succin por la apertura, y por consiguiente, aumentara la velocidad del flujo. Mientras,

al observar la lnea de aguas abajo, su velocidad decrece a medida que aumenta la apertura de la

compuerta; esto es debido a que el flujo presente despus de la compuerta, pierde la resistencia que la

compuerta provoca en el canal y por consiguiente, energa. Por ello, se dice que una vez pasado la

compuerta, el flujo aguas abajo tendr una menor velocidad.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

30mm 35mm 40mm 45mm

Abertura de compuerta vs Velocidad aguas arriba

Aguas Arriba

Aguas Abajo

Grafica 2. Abertura de la compuerta vs Velocidad aguas arriba y abajo del flujo (Segundo Caudal).

Ntese las mismas caractersticas que a grafica 1., aunque este cambia en cierta altura a la compuerta.

Esto demuestra que en algn momento, entre mayor sea la apertura de la compuerta, la velocidad del

flujo tendr a igualar tanto aguas arriba como aguas abajo. Estos altibajos demuestran que cada agua

llego a una altura mxima de la compuerta donde presentara los comportamientos explicados

anteriormente y ahora, cada agua tendera a igualar su velocidad.

Variables no pertenecientes a la teora, estima variaciones que se pudieron dar al momento de realizar el

laboratorio; ya sea problemas del equipo utilizado o errores humanos.

CONCLUSION

Se concluye como una compuerta o alguna obstruccin de la canal vara considerablemente el flujo. Se a

demostrado como una compuerta puede controlar el flujo transitante en un canal, buscando como se

quiere tener las aguas abajo para su respectivo uso. Tambin se observa una disipacin de la energa a

medida que aumenta la apertura de la compuerta, la velocidad aguas arriba iba en aumento debido al

coeficiente de contraccin y aguas abajo disminua debido al coeficiente de descarga.

Estos valores de velocidad, llegaran a un instante donde tendern a igualarse tanto aguas arriba como

aguas abajo, debido a que la apertura de la compuerta ira aumentando hasta estar completamente

abierto, en caso de estar cerca a cerrarse la compuerta, os comportamientos anteriormente expuestos

estarn en su mxima y mnima velocidad, al igual que su mayor disipacin de energa hasta un

momento donde el flujo se ahoga y se rebosa el flujo del canal.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

45mm 50mm 55mm 60mm

Aguas Arriba

Aguas Abajo

Laboratorio #5 Aplicacin de la ecuacin de energa especfica en canales: Determinacin de las fuerzas que actan sobre una compuerta


Hidrulica


Santa Marta D.T.CH, Magdalena Mayo del 2014

Email: [email protected], @Rlopesierra

RESUMEN

Mediante un canal artificial de seccin rectangular con una compuerta abierta a cierta altura, se hizo

fluir agua. Luego de 20 segundos (tiempo en que se espera a que se estabilice el canal), se registr la

altura manomtrica para as determinar el caudal a utilizar. Luego, por medio de una compuerta en el

centro del canal, se vara su altura con el fin de medir tres veces el tirante tanto aguas arriba como aguas

abajo a lo largo del canal. La velocidad del flujo se midi cronometrando el desplazamiento de una

pelota pequea de plstico (este proceso se realiz 3 veces para promediar los datos obtenidos). Se

realiz el mismo procedimiento con un segundo caudal para obtener una comparacin del mismo

experimento e interpretar el comportamiento de las fuerzas actuantes sobre la compuerta que provoca

el flujo.


Palabras claves: fuerza, compuerta, canal artificial, flujo.

OBJETIVOS

Observar el comportamiento del flujo en un canal y familiarizarse con los parmetros

que intervienen en la determinacin de la fuerza especfica en el mismo.

Determinar las fuerzas que actan sobre una compuerta y comprender su comportamiento.

Hallar una expresin para calcular la fuerza sobre la cara de la compuerta, partiendo de

las ecuaciones de energa, fuerza y continuidad.

Interpretar la grfica de la abertura relativa de la compuerta contra la fuerza que acta sobre

la misma.

MATERIALES Y PROCEDIMIENTO



Se toma un canal hidrulico artificial con seccin rectangular con una compuerta en la parte central del

canal para la realizacin del laboratorio. Se encendi la bomba para la suministracin de un caudal

constante dentro del canal y se seleccionaron 3 alturas determinadas a la compuerta, midiendo de

estas, unos 3 tirantes aguas arriba y 3 tirantes aguas abajo con el fin de promediarlos y tener datos

ms exactos. Adems de ello, un sptimo tirante debajo de la compuerta.

Se midi la velocidad del flujo tanto aguas arribas como aguas abajo, por medio de una bola

pequea de plstico, tomando el tiempo con un cronmetro a una distancia razonable donde los

errores sean mnimos, es decir, que no sea tan larga ni tan corta. Se hace este proceso 3 veces para un

menor ndice de error. Despus de terminado con el caudal inicial, se repiti los pasos anteriores con

otro caudal diferente.

ANALISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

Despus de aplicar el debido procedimiento, se obtuvieron los siguientes datos:

Materiales Cantidad

Agua Necesaria

Canal 1

Cronmetro 2


Pelotas 2

Tabla 2. Datos Experimentales de Tirantes y Tiempos para Clculo de Velocidades (Segundo Caudal).

Tabla 3. Datos Experimentales de Tirantes y Tiempos para Clculo de Velocidades (Primer Caudal).


Ancho del Canal (m): 0,3

Medicin #


Ya Aguas arriba

Aguas abajo

Aguas arriba

Aguas Abajo Aguas

Arriba Aguas

Abajo

h (mm)

Caudal (l/seg)

Promedios 1 45 225,3 34 9,28 1,22 2 2 36 15,603

Promedios 2 50 198 39,3 6,46 1,29 2 2 36 15,603

Promedios 3 55 171,6 54,6 17,4 1,41 2 2 36 15,603

Promedios 4 60 153,3 47 17,06 1,47 2 2 36 15,603


Ancho del Cana (m): 0,3

Medicin #

Tirantes (mm) Tirantes (mm) Tiempos (s) Distancias (m) Venturimetro

Ya Aguas arriba

Aguas abajo

Aguas arriba

Aguas Abajo Aguas

Arriba Aguas

Abajo

h (mm)

Caudal (l/seg)

Promedios 1 30 224,3 26,6 11,45 1,22 2 2 20 11,630

Promedios 2 35 184,6 30,3 9,35 1,26 2 2 20 11,630

Promedios 3 40 158,3 32,6 6,89 1,57 2 2 20 11,630

Promedios 4 45 132,3 36,6 7,08 1,43 2 2 20 11,630




b= base .

Velocidad

Datos aguas arriba en el primer caudal:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,2243 0,067 0,7486 0,089 0,17 0,0113

0, 1846 0,05538 0,6692 0,0827 0,2139 0,0118

0, 1583 0,04749 0,6166 0,077 0,29 0,0138

0, 1323 0,03969 0,5646 0,0702 0,2824 0,0112


Datos aguas arriba en el segundo caudal:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,2253 0,0675 0,7506 0,0899 0,2155 0,0145

0,198 0,0594 0,696 0,0853 0,3095 0,0184

0,1716 0,0514 0,6432 0,0799 0,1149 0,0059

0,1533 0,0459 0,6066 0,0756 0,1172 0,0054


Datos aguas abajo en el primer caudal:

Tirante (m) rea (m2) Permetro mojado (m) Radio Hidrulico (m) Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,0266 0,00798 0,3532 0,02259 1,64 0,0131

0,0303 0,00909 0,3606 0,0252 1,58 0,0144

0,0326 0,00978 0,3652 0,0267 1,27 0,0124

0,0366 0,0109 0,3732 0,0292 1,39 0,0151


Datos aguas abajo en el segundo caudal:


mojado (m)

Radio

Hidrulico

(m)

Velocidad

(m/seg)

Caudal (m3/seg)

0,034 0,0102 0,368 0,0277 1,63 0,0167

0,0393 0,0118 0,3786 0,0311 1,55 0,0182

0,0546 0,0164 0,4092 0,0401 1,41 0,0231

0,047 0,0141 0,394 0,0358 1,36 0,0192


Para calcular el promedio de los valores de caudal hallados aguas arriba y aguas abajo para cada una de

las aberturas de la compuerta se tiene que:

( )

De lo anterior, se obtiene lo siguiente:

Caudal/Aguas Arriba Abajo

Primero 0,01202 0,0138

Segundo 0,01105 0,0193 Tabla 8. Promedio de caudales (m

3/seg).

Lo mismo se hace con la velocidad, teniendo que:

Velocidad/Aguas Arriba Abajo

Primero 0,239 1,47

Segundo 0,189 1,49 Tabla 9. Promedio de velocidades (m/seg).

El caudal promedio para todas las mediciones sera igual a la sumatoria de los dos caudales promedio

aguas arriba y aguas abajo entre dos para cada caudal trabajado. Entonces, el caudal promedio para

todas las mediciones en el primer caudal es de Q1= 0,013 m3/seg y el del segundo caudal es de Q2=

0,0151 m3/seg.

As mismo, la velocidad promedio en todas las medidas del primer caudal es de V1= 0,85 m/seg y el del

segundo caudal es de V2= 0,83 m/seg.



Radio Hidrulico es:

El nmero de Froude para cara pareja de mediciones (aguas arriba y aguas debajo de la compuerta) se

determina mediante la frmula:

Para el clculo de energa especfica se tiene que la frmula es:

Para halla las fuerzas hidrostticas ejercidas en la compuerta por el flujo, se tiene que:

- Fuerza Especifica:

Q= Caudal g= Gravedad Z= Apertura de la compuerta A= rea del canal

- Fuerza que acta sobre la compuerta:

( )

Donde;

F1= Fuerza de presin hidrosttica en el volumen de control.

F2= Fuerza de presin hidrosttica presente aguas abajo.

De lo anterior, se obtienen los siguientes datos:

Tirante (m) Fr F. Especifica (m3) Fc (N)

PRIMER CAUDAL

0,2243 0,11 0,0025 -17,37

0, 1846 0,15 0,0025 -16,93

0, 1583 0,23 0,0023 -15,13

0, 1323 0,24 0,0019 -14,50

SEGUNDO CAUDAL

0,2253 0,14 0,0033 -22,06

0,198 0,22 0,0035 -22,70

0,1716 0,08 0,0029 -18,76

0,1533 0,23 0,0028 -15,28 Tabla 10. Datos aguas arriba.

Tirante (m) Fr F. Especifica Fc

PRIMER CAUDAL

0,0266 3,21 0,0024 -17,37

0,0303 2,89 0,0026 -16,93

0,0326 2,24 0,0020 -15,13

0,0366 2,31 0,0026 -14,50

SEGUNDO CAUDAL

0,034 2,82 0,0032 -22,06

0,0393 2,50 0,0034 -22,70

0,0546 1,92 0,0123 -18,76

0,047 2 0,0035 -15,28 Tabla 11. Datos aguas abajo.

Si se observan las tablas con los resultados de la fuerza que actan sobre la compuerta Fc, estos lanzan

valores negativos. Esto es debido a que la Fc actua en direccin contraria al flujo y si se coloca en un

plano de referencia dichas direcciones, esta tendera a ser negativo. Por tanto, al momento de graficar y

comparar los valores, se tomaran estos Fc de manera positiva.

Figura 1. Ejemplificacin de la Fuerza actuante en la Compuerta.

Despus de hallado los datos necesarios, a continuacin, se mostraran graficas de estos para el

respectivo anlisis de los resultados.

13

13,5

14

14,5

15

15,5

16

16,5

17

17,5

18

30mm 35mm 40mm 45mm

Abertura de compuerta vs Fc

Primer Caudal

Grafica 1. Abertura de la compuerta vs fuerza que acta sobre la compuerta (Primer Caudal).

Ntese en la grfica como disminuye la fuerza acta en la compuerta a medida que esta misma tiene

una mayor abertura. Esto se debe a que entre ms superficie de contacto mantenga la compuerta, es

mayor la fuerza que el flujo implica en esta, por consiguiente, la fuerza depender en sobre manera del

tamao de la abertura de la compuerta.

Grafica 2. Abertura de la compuerta vs fuerza que acta sobre la compuerta (Segundo Caudal).

0

5

10

15

20

25

45mm 50mm 55mm 60mm

Abertura de compuerta vs Fc

Segundo Caudal

En la grfica 2, se observa de igual manera, lo visto en la grfica 1. Aunque esta presenta una

variabilidad en la segunda altura de la apertura, esto pudo haberse debido a diferentes variables como

los equipos utilizados y el error humano en alguna de las practicas dichas en la metodologa.

Cabe aclarar que el segundo caudal es mucha mayor al primer caudal, por lo tanto, se presentan en la

grfica 2 valores de Fc mayores que en la grfica 1; pero mantiene la teora explicada anteriormente,

en el caso de la grfica 2, tiene una mayor disminucin de la fuerza a medida que se aumenta la

abertura de la compuerta.

CONCLUSION

Se concluye esta prctica con el aprendizaje de las diferentes fuerzas que actan sobre una compuerta al

pasar un flujo en un canal, dando a entender que el conocimiento de estas fuerzas es vital para cualquier

tipo de uso que se le vaya a dar a este canal y con qu parmetros debe ir preparado para soportar

dichas fuerzas.

Se dice que las fuerzas actuantes sobre la compuerta son inversamente proporcionales a la abertura de

la misma, es decir, esta fuerza ira disminuyendo a medida que la abertura de la compuerta aumente,

llegando a un instante de la misma donde si la compuerta est totalmente abierta, la fuerza ejercida ser

cero.

Laboratorio #6 Estudio del flujo uniforme en un canal: determinacin del

coeficiente de Manning



Universidad del Magdalena Santa Marta D.T.CH, Magdalena Mayo del 2014

Email: [email protected], @Rlopesierra

RESUMEN

Se hizo fluir agua mediante un canal artificial de seccin rectangular con una compuerta en el centro. Se

colocaron tres lechos; un lecho rocoso, un lecho ondulado y un lecho liso, a los cuales se le midieron su

longitud. Se trabaj un solo caudal para las tres pendientes, a la cual se tomaron tres mediciones de

tirante en cada lecho con la finalidad de promediarlos y obtener resultados ms exactos. Luego mediante

un termmetro se registr la temperatura del agua para as poder hallar su viscosidad. Adems, se

calcul la velocidad del flujo utilizando una pequea bola de plstico utilizando una distancia razonable

para disminuir los errores experimentales, cronometrando tres tiempos y posteriormente promediarlos.

Al obtener los datos experimentales, se procede a calcular el rea, permetro mojado, velocidad del flujo,

radio hidrulico, coeficiente de Manning, nmero de Reynolds y nmero de Froude para cada lecho y por

ltimo se hizo el anlisis de los resultados obtenidos.

Palabras claves: Canal artificial, flujo uniforme, tirantes, velocidad del flujo, nmero de Reynolds,

nmero de Froude, lechos, coeficiente de Manning.

OBJETIVOS

Determinar el rgimen de flujo en un canal a partir del nmero de Reynolds y el Nmero de

Froude.

Identificar los elementos geomtricos de la seccin de un canal.

Establecer la relacin que se obtiene al graficar Tirante vs Altura de Velocidad y Ancho del Canal

vs No. De Froude.

Afianzar los conceptos sobre regmenes de flujo en un canal.

MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS


Materiales Cantidad

Agua Necesaria

Canal 1

Cronmetro 2


Pelotas 2

Superficie Pedregosa 1

Superficie Ondulada 1

Superficie lisa 1


Se colocaron 3 lechos; uno pedregoso o rocoso, uno ondulado y uno liso, sobre la superficie del canal. Se

escogi una pendiente inicial S=0, y se encendi la bomba encargada de proporcionar el agua al canal, se

esper hasta tener un caudal constante y hasta que se estabilizara para realizar las mediciones.

Se ejecutaron tres lecturas en el venturimetro en el que se calcul la diferencia de presiones

manomtricas en cada lectura y por medio de esta diferencia se hall el caudal en la tabla suministrada.

Para cada lectura de venturimetro efectuada se calcul la distancia de cada lecho y se realizaron tres

mediciones de tirante en cada lecho, luego se hall la velocidad del flujo en cada lecho por medio de una

pequea pelota de plstico rellenas de agua para que no flotara sobre el canal si no superficialmente

dentro de la corriente de agua, se cronometro su desplazamiento a una distancia razonable, se procedi

a realizar este procedimiento tres veces y los valores hallados en los tirantes tanto las velocidades de

cada lecho se promediaron para obtener un valor ms exacto.

El anterior procedimiento se efectu dos veces ms, variando la pendiente. Teniendo los valores

promediados; se procedi a ejecutar los respectivos clculos como el rea, el permetro mojado, la

velocidad del flujo, el radio hidrulico, el nmero de Reynolds, el nmero de Froude y posteriormente, se

procede al anlisis de los resultados obtenidos.

ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

Se registran los datos obtenidos en las siguientes tablas:

Primera medicin

Pendiente (S) = 0

Lecho rocoso

Tirantes (m) Distancia (m) Tiempo (seg) Venturimetro

h (m) Caudal (l/seg)

0.142 2.65 2.81

0.076 22.672 0.132 2.65 2.70

0.122 2.65 3.01

Promedio 0.132 2.65 2.84 Tabla 4. Lecho rocoso (Medicin 1).

Los resultados se hallan utilizando los datos promedio:

Coeficiente de Manning:

( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:

Es un flujo sub-crtico


( )


Lecho ondulado



0.112 2.24 2.41

0.076 22.672 0.122 2.24 2.50

0.124 2.24 2.38

Promedio 0.119 2.24 2.43 Tabla 5. Lecho ondulado (Medicin 1).



( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


Lecho liso



0.079 1.80 1.75

0.076 22.672 0.080 1.80 1.64

0.078 1.80 1.02

Promedio 0.079 1.80 1.47 Tabla 6. Lecho liso (Medicin 1).



( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:

Es un flujo supercrtico


( )


T V2/2g

0,132 m 0.044 m

0,119 m 0.043 m

0,079 m 0.075 m

Tabla 7. Tirante Vs. Altura de velocidad (Medicin 1).

Grfica 1. Tirante vs Altura de velocidad (Medicin 1).

Se puede observar como es el comportamiento del tirante segn la altura de velocidad, donde el tirante cada vez que aumenta su altura de velocidad va decreciendo.

T/B Fr

0.44 0.817

0.396 0.851

0.263 1.38

Tabla 8. T/B Vs. Fr (Medicin 1).

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 0,02 0,04 0,06 0,08

Tirante

Tirante

Grfica 2. T/B vs Fr (Medicin 1).

Analizando la grfica, se puede decir que a medida que el nmero de Froude aumenta la relacin tirante-base va decreciendo progresivamente.

Segunda medicin

Pendiente (S) = 1/300

Lecho rocoso



0.134 2.65 2.93

0.076 22.672 0.126 2.65 2.92

0.113 2.65 2.93



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 0,5 1 1,5

T/B

T/B


( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


Lecho ondulado



0.116 2.24 2.36 0.076 22.672

0.118 2.24 2.36

0.105 2.24 2.28




( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


Lecho liso



0.083 1.80 1.46

0.076 22.672 0.073 1.80 1.44

0.072 1.80 1.24




( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


T V2/2g

0,124 m 0.0419 m

0,113 m 0.0469 m

0,076 m 0.086 m




T/B Fr

0.413 0.822

0.375 0.9117

0.253 1.5

Tabla 13. T/B Vs. Fr (Medicin 2).



0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

Tirante

Tirante

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 0,5 1 1,5 2

T/B

T/B

Tercera medicin

Pendiente (S) = 1/100

Lecho rocoso



0.104 2.65 1.39

0.076 22.672 0.104 2.65 1.39

0.132 2.65 1.24




( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


Lecho ondulado



0.100 2.24 1.80

0.076 22.672 0.120 2.24 1.80

0.110 2.24 1.86




( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


Lecho liso



0.067 1.80 1.39

0.076 22.672 0.065 1.80 1.39

0.064 1.80 1.24




( )

Nmero de Reynolds:

Nmero de Froude:



( )


T V2/2g

0,113 m 0.199 m

0,110 m 0.077 m

0,065 m 0.091 m




T/B Fr

0.376 1.877

0.367 1.18

0.216 1.678

Tabla 18. T/B Vs. Fr (Medicin 3)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

Tirante

Tirante



Se observa que cuando se aumenta la pendiente del canal el coeficiente de Manning disminuye o

aumenta cuando pasa de un lecho a otro, dependiendo de la pendiente del canal. Adems, al variar la

pendiente se ve afectada la velocidad y lo que dependan de ella.

En las grficas se puede observar que cuando el tirante aumenta, la altura de velocidad va decreciendo y

cuando el Froude aumenta la relacin tirante base disminuye.

CONCLUSIN

Se puede concluir que el coeficiente de Manning depende del tipo de material del lecho del canal sobre

el que se evala, la pendiente del canal, la velocidad del flujo y el radio hidrulico. Como era de

esperarse, los regmenes de flujo en los lechos pedregoso o rocoso, y el lecho ondulado fueron flujo

subcrtico turbulento, puesto que se encontraban anteriores a la compuerta y el nmero de Reynolds

fue mayor a 106, y el lecho liso obtuvo un rgimen de flujo supercrtico turbulento, ya que este se

encontraba localizado despus de la compuerta, este suceso ocurre ya que se produce una cada

hidrulica en donde el flujo cambia su rgimen, lo que se indica que el tirante decrece y que la velocidad

del flujo aumenta.

Asimismo, se pudo observar que a medida que la pendiente aumentaba el tirante en cada uno de los

lechos iba disminuyendo, esto se debe al nuevo ngulo de inclinacin que posee el canal. Adems se

observ que el nmero de Reynolds calculado para cada lecho aumentaba indicando que se haca ms

turbulento, aunque cabe destacar que hubo resultados donde el nmero de Reynolds disminua, esto se

debe a que hubo errores experimentales al momento de tomar los datos. Del mismo modo, se concluy

que el nmero de Froude en los lechos rocoso, ondulado y liso aumentaba hasta que se generaba un

cambio de rgimen en el flujo.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 0,5 1 1,5 2

T/B

T/B

ANEXOS

Estas experiencias fueron adquiridas en los laboratorios de Ingeniera de la Universidad de

Cartagena, en la ciudad de Cartagena el da 20 de mayo del 2014; con el fin de someter la

terica implantada en clases de Hidrulica a la prctica y observar la naturaleza que los flujos

pueden presentar, para tener un conocimiento a futuro como profesionales en laboratorios. A

continuacin, se presentaran primordialmente algunos de los equipos utilizados en cada

laboratorio.

Figura 1. Canal rectangular Parshall.

Figura 2. Medidor de profundidad de flujo.

Figura 3. Bola de plstico pequea usada para medir la velocidad de flujo.

Figura 4. Rgimen de flujo en un canal.

Figura 5. Compuerta en el centro del canal. Figura 6. Lecho ondulado y rocoso (El lecho liso fue la superficie del canal mismo).

Figura 7 y 8. Resalto hidrulico. Compuerta que provocaba la pendiente del flujo (Izquierda) y formacin del resalto hidrulico al momento de variar la compuerta (Derecha).

informe final laboratorios hidraulica

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