Medida de la altura y velocidad del agua a lo largo del canal

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FACULTAD DE INGENIERIA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

1 LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS E HIDRAULICA

INFORME N° 11

1. DATOS GENERALES:

1.1 ASIGNATURA : Laboratorio de Mecánica de Fluidos e Hidráulica.

1.2 PARTICIPANTES : Panduro Mendoza, Cinthya Anamelva.

Romero Cabrera, Carmen Nidia.

Vargas Ramos, Janeth Mónica.

1.3 TITULO/ENSAYO : Medida de la altura y velocidad del agua a lo

largo del canal.

1.4 GRUPO : Miercoles 1.00p.m – 3.15 p.m.

1.5 FECHA : 21/12/11

2. EQUIPOS Y/O MATERIALES:

FME 00: Banco Hidráulico Tubo de pitot mejorado

Cronometro Regla






FME25. Canal de Fluidos de 1m. de longitud

Está constituido básicamente por un canal con una sección rectangular

y paredes transparentes por el que se le hace circular al agua.

Tiene un mecanismo que permite variar la inclinación del canal y puede

ser situado encima del Banco Hidráulico (FME00).

El agua se toma del depósito del Banco Hidráulico

(FME00) ó del Grupo de Alimentación Hidráulica Básico

(FME00/B) mediante una bomba y por medio de la tubería es conducidaal depósito donde se encuentra un tranquilizador de flujo, después

circula por el canal y cae al depósito de captación, volviendo al depósito

de almacenamiento, completando así el circuito cerrado.

FME 25: Canal de fluido de 1m de longitud






3. OBJETIVOS:

Comprenda el principio de medición del tubo de Pitot y el concepto de

presión dinámica

Mida la distribución de la velocidad en la sección transversal de un canal

horizontal abierto con el tubo de Pitot

Identifique el flujo laminar y el turbulento en el canal a partir de sus

mediciones y de sus observaciones

Aproxime el número de Reynolds máximo para la existencia de flujo

laminar estable

Compare sus resultados con los reportados en la literatura.

Estudio y demostración de las propiedades de los fluidos en canalesabiertos.

Medición de la altura y velocidad del agua a lo largo del canal.

Control del caudal mediante compuertas.

Control de nivel mediante sifones.

4. PROCEDIMIENTO:

Conecte el tubo flexible desde la salida del banco hidráulico a la entradadel canal y regule la válvula (en el banco) para establecer el caudal

máximo.

Establezca dos secciones, donde se medirán la profundidad del agua y la

velocidad media de la corriente.

Mida las profundidades del agua correspondientes a cada una de las

secciones mencionadas.

Utilizando el tubo pitot, determine la velocidad media de la corriente en

cada una de las secciones mencionadas.

Cierre la válvula, establezca cuatro diferentes caudales y repita los pasos

previos.

Repita los pasos previos para diferentes pendientes del lecho del canal,

para pendientes tanto positivas como negativas.






5. RESUMEN

En esta parte de la experiencia se estudia el comportamiento de un flujo de

agua en canales abiertos. El proceder se hace para flujos sub críticos y super

críticos para un caudal con sección transversal rectangular. Dichos tipos deflujos (clasificados según su respectivo número de Froude) son logrados

mediante un motor que eleva o desciende la altura del canal, así se obtienen

diferentes pendientes.

También hemos podido estudiar el cambio de régimen de un flujo super crítico

a un flujo sub crítico, el cual se logra en un canal rectangular con caudal

constante poniendo un obstáculo al paso del agua, dicho obstáculo se obtuvo

cerrando las compuertas que se encuentran al final del canal.

6. FUNDAMENTO TEÓRICO

Se considera un canal abierto a un conducto con una superficie libre, que

siempre está a presión atmosférica. El flujo en canales abiertos tiene lugar en

ríos, arroyos, acequias, desagües, etc. Para los casos en los que el canal

abierto sea horizontal o tenga una pequeña pendiente.

Canal abierto






Se puede aplicar la ecuación de la conservación de energía de Bernoulli

entre dos puntos de una misma línea de corriente.

…(1)

También:

…(2)

Entonces:

...(3)

Para la Energía específica no tomamos el valor de z, solo está

representada por la ecuación (3), donde: Q es el caudal, A es el area, y

el tirante, y g la gravedad.

Al examinar la ecuacion (3), nos encontramos con una gráfica que tiene

que ser muy conocida para nosotros, curva E-y:






FIGURA 1: curva de energía específica.

7. REGISTRO DE DATOS:

PUNTOS TIRANTE(cm)

DIFERENCIADE ALTURA

(cm)

TIEMPO(s)

VOLUMEN(l)

A 12

7.58.3

4010

4.28 1

B 12

3.45.1

230

7.31 2

C 12

7.59

64

2.84 1

Ancho: 4 cm






8. CALCULOS:

Formulas:

Donde:V= Velocidad

∆h= Variación de altura

A= área

P= perímetro de la sección sombreada

Primer dato:

A:

Q=1x0.001/4.28=0.00023m3 /s

Punto 1:

A=0.04x0.075

A=0.003 m2

P= 0.04+0.075+1

P= 1.115 m

Rh=0.003/1.115

Rh= 0.00269

V= (2x9.81x0.4) 1/2

V=2.801 m/s

S= 0.0102x 2.80142 /0.002693/4 S=0.06644

Punto 2:

A=0.04x0.083A=0.00332 m2

P= 0.04+0.083+1

P= 1.123 m

Rh=0.00332/1.123Rh= 0.00296

V= (2x9.81x0.1) 1/2

V=1.4007 m/s

S= 0.0102x 1.40072 /0.002693/4 S=0.01546

V= (2g∆h)1/2 Rh= A P S= n

2

XV

2

/Rh

3/4

= Vol. T






B:

Q=2x0.001/7.31=0.00027 m3 /s

Punto 1:

A=0.04x0.034

A=0.00136 m2

P= 0.04+0.075+1

P= 1.074m

Rh=0.00136/1.074

Rh= 0.00127

V= (2x9.81x0.02) 1/2

V=0.6264 m/s

S= 0.0102x 0.62642 /0.001273/4 S=0.00583

Punto 2:

A=0.04x0.051

A=0.00204 m2

P= 0.04+0.051+1

P= 1.091 m

Rh=0.00204/1.091

Rh= 0.0224

V= (2x9.81x0.30) 1/2

V=2.4261 m/s

S= 0.0102

x 2.42612

/0.02243/4

S=0.01017

C:Q=1x0.001/2.84=0.00035 m3 /s

Punto 1:

A=0.04x0.075

A=0.003 m2

P= 0.04+0.075+1

P= 1.115 m

Rh=0.003/1.115

Rh= 0.00269

V= (2x9.81x0.06) 1/2

V=1.08499 m/s

S= 0.0102x1.084992 /0.002693/4 S=0.00997






Punto 2:

A=0.04x0.09

A=0.0036 m2

P= 0.04+0.09+1

P= 1.13 m

Rh=0.0036/1.130

Rh= 0.00319

V= (2x9.81x0.04) 1/2

V=0.88589 m/s

S= 0.0102x0.885892 /0.003193/4 S=0.00585

9. TABLA DE DATOS PROCESADOS:

S1 S2 S3

Y1V1 0.06644 0.00583 0.00997

Y1V1 0.01546 0.01017 0.00585

Q (m3/s) 0.00023m3 0.00027 0.00035

10. GRAFICO:

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 2 4 6 8






11. CUESTIONARIO

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0 2 4 6 8

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0 1 2 3 4 5 6 7

PUNTO 1 PUNTO 2S 0.06644 0.00583 0.00997 0.01546 0.01017 0.00585

Y 7.5 3.4 7.5 8.3 5.1 9






12. CONCLUSIONES:

1. La hidráulica cumple un papel fundamental a la hora de realizar el diseño

del canal, pues esta permite determinar cuál es la cantidad de agua

requerida para el riego de un área (caudal).

0

1

2

34

5

6

7

8

0 2 4 60

0.5

1

1.52

2.5

3

3.5

4

0 2 4 6

0

2

4

6

8

0 2 4 6

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6






2. El diseño hidráulico permite, cuantificar como afectan las obras de arte,

dentro de las cuales se encuentran: el aforador, las compuertas, los

machones, sifones, etc.… al curso normal de las aguas, permitiendo conello tener un diseño que satisfaga la necesidad de los regantes.

3. Además no solo las obras de arte afectan al curso normal de las aguas,

sino que también afectan a las secciones del canal, por lo cual en el

desarrollo del Canal Santa Ana, se encuentran con secciones

trapezoidales, rectangulares y de transición.

4. En hidráulica se sabe que la energía total del agua en metros-kilogramos

por kilogramos de cualquier línea de corriente que pasa a través de una

sección de canal puede expresarse como la altura total en pies de agua.

5. A menor tiempo mayor caudal y a mayor tiempo menor es el caudal

6.

La energía de un flujo gradualmente varía en canales abiertos.

7. Como conclusión se puede decir que la mejor sección transversal hidráulica

para un canal abierto es la que tiene el máximo radio hidráulico.

8. Si la velocidad disminuye la energía disminuye.

9. Se conoce que los sistemas de canales abiertos se diseñan con el fin de

trasportar líquidos desde un lugar determinado hasta otro con una altura de

cota menor a la inicial.

10. Se determino cuando el flujo es uniforme el volumen es constante.

11.El perímetro de la sección representara también el costo del sistema; por lo

cual debe mantenerse al mínimo para no incrementar los costos y los

tamaños de la sección.






12.

Se determino que el coeficiente de Manning, varia a lo largo del perímetro

mojado.

13.La rugosidad efectiva es una combinación de las distintas rugosidades

existentes.

14.Cada una de las secciones tendría su propio perímetro mojado.

15.El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por laacción de la gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno

sólido.

16.En el flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y

sobre él no actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión

atmosférica.

17.El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en

ríos, arroyos, etc., si bien en general, con secciones rectas del cauce

irregulares.

18.Los canales tienen secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares,

triangulares o trapezoidales.

19.También tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de conductos

cerrados, como tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a

conducto lleno.

20.Por lo general, el flujo a conducto lleno, y su diseño se realiza como canal

abierto.






21. Se analizo que el coeficiente de perdidas es menor e inversamente

proporcional al caudal.

13. RECOMENDACIONES:

1. Se recomienda que el depósito del banco Hidráulico sea llenado con agua

limpia.

2. Se recomienda poner horizontal el lecho del canal, y comprobar que dentro

del canal, no hay obstáculos ni accesorios.

3. Es recomendable que la válvula de purga esta abierta.

4. Por lo que se recomienda tener en cuenta cuales son las ventajas y

desventajas de cada accesorio, cuando realicemos instalación de sistemas

hidráulicos.

5. Como estudiantes de ingeniería civil tener presente estas prácticas y

aplicarlas en el, campo laboral ya que estas nos han determinado las

características de cada accesorio

6. Antes de realizar el ensayo debemos tener previo conocimiento del tema.

7. Utilizar las formulas adecuadas.

8. No mover o no estar apoyado en el equipo para que nos facilite datos

exactos.

9. Se recomienda cerrar las válvulas de suministro de agua del banco

hidráulico y de descarga del equipo demostrativo.






10. Se recomienda aumentar el caudal cuando hay presencia de accesorios

para evitar las pérdidas de energía por fricción en los conductos.

11. Se recomienda que se debe utilizar una válvula de aditamento mayor paraevitar que no ascienda el valor.

12. Se recomienda utilizar los accesorios que en lo posible no disipen la

energía, es decir utilizar tuberías con coeficientes de rugosidad.

13. Las columnas de agua debe tener la altura adecuada, para un buen

análisis.

14. Se recomienda utilizar un volumen cronometrado.

15. Se debe tener conocimiento de la utilización del equipo y materiales.

16. Analizar e interpretar los resultados correctamente.

17. Inundar todos los conductos del equipo para eliminar las burbujas de aire.

18. Es recomendable trabajar en equipo para sacar datos correctos.

19. Se recomienda abrir ligeramente la válvula de purga hasta alcanzar un nivel

adecuado.

20. Se recomienda comprobar los datos correctamente para que el resultado en

el grafico sea el correcto.

21. Si deseamos más energía en un sistema es recomendable aumentar el

caudal.






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