8 Lab Energia Especifica

Universidad de Nariño

Sistema Integrado de Gestión de la Calidad

GUIA: GUIA: LABORATORIO LABORATORIO 8 CONTROL CONTROL IMPUESTO IMPUESTO POR EL FLUJO FLUJO CRÍTICO CRÍTICO Y LA ENERGIA ESPECIFICA Auto Autor: r: Her Herná nán n Góme Gómezz Z – Iván Iván Sánc Sánche hezz O - Robe Robert rto o Gar Garcí cíaa C Versión 01 Código: LBE-SPM-GU-09 Proceso: Proceso: Soporte Soporte a Procesos Procesos Misionales Misionales

Agosto 2010

SECCIÒN DE LABORATORIOS GUIA: LABORATORIO 8 CONTROL IMPUESTO POR EL FLUJO CRITICO Y LA ENERGIA ESPECIFICA

Código: LBE-SPM-GU-11 Página: 2de9 Versión: 1 Vigente a partir de: 30/08/2010

FIGURA 8.1-Montaje del modelo para determinar la energía específica en el canal de lecho ajustable. Laboratorio de Hidráulica. Universidad de Nariño. _______________________________________________________________________________ 8.1 Introducción

En el estudio de los canales, es una gran herramienta el conocimiento de sus condiciones a través de graficas que describan su comportamiento a medida que su curso avanza, la energía específica cambia a medida que las condiciones de flujo varían, como es el caso de la profundidad y la velocidad de flujo a través del canal

8.2 Objetivos Los objetivos de esta práctica de laboratorio son los siguientes: 

Calcular la profundidad critica teóricamente y experimentalmente para un caudal determinado.

Manual de Prácticas de Laboratorios de hidráulica

Hernán Gómez – Iván Sánchez – Roberto García





Graficar las curvas que relacionan a la energía con la profundidad para los valores del ensayo.

8.3 MATERIALES – EQUIPOS: DESCRIPCION 8.3.1 Materiales    

Canal de lecho ajustable o pendiente variable de sección rectangular. Válvula de control de gasto. Nivel. Tubos Pitót.

8.3.2 Equipos e instrumentos     

Sistema de bombeo a circuito cerrado. Recipiente para aforo volumétrico. Cronómetro digital. Termómetro. Reglas o limnímetros.

8.4FUNDAMENTO TEORICO La energía específica se define como la energía por unidad de peso del líquido en movimiento en cualquier sección del canal, medida con referencia a la solera fondo, esto es: E  Y 

V 2 2g

[8.1]

Dónde: E:

Energía especifica

Y:

Profundidad de la lámina del líquido

V:

Velocidad media del flujo

G:

Aceleración de la gravedad

En función del caudal se tiene: E  Y 


Q2 A2 * 2 * g

[8.2]




Siendo A = Área de la sección hidráulica. Para un canal rectangular A = b: Donde, b es el ancho del canal Reemplazando en la ecuación [8.2] y haciendo que la relación Q/b = q que significa caudal por unidad de ancho, se tiene: E  Y 

q2 2* g *

y2

[8.3]

Para un caudal constante la energía específica es función únicamente de la profundidad del flujo; su variación se muestra en la figura (8.1).

FIGURA 8.2.-Variación de la energía específicapara un caudal constante.

FIGURA 8.3.-Variación del caudal para unaenergía constante



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Versión: 1 Vigente a partir de: 30/08/2010

Según la figura (8.3) se presenta un valor mínimo de la energía específica para una única profundidad, llamada profundidad critica ( Yc ) para valores de E>Emin el flujo se puede presentar con dos profundidades diferentes: Y1
Y2>Yc

Teniendo en cuenta que para un caudal constante la velocidad varía inversamente con la profundidad, las velocidades correspondientes a profundidades Y 1Yc.

8.4.1 Clasificación del flujo De acuerdo a lo anterior se entiende los siguientes tipos de flujo: 1. Flujo lento o subcritico sí Y>Yc; VVc; FR>1 El Número de Froude(FR) cuya expresión de cálculo es: V

Fr 

[8.4]

g * Yh

Dónde: V:

Velocidad de flujo = Q/A

Yh:

Profundidad hidráulica = A/B

B:

Ancho de la superficie libre

Para un caudal rectangular B = b; Yh = Y Para calcular la profundidad crítica en un canal rectangular la expresión es: 1

 q  3  g   2

Yc  

[8.5]

La energía específica mínima en canal rectangular es: E min  Yc 


Vc 2 2g



3 2

* Yc

[8.6]




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Si se mantiene constante la energía específica y se despeja el caudal se tiene: Q  A *

2* g *

 E  Y 

[8.7]

Para un canal rectangular: q

Q b

 Y *

2*

g *  E  Y 

[8.8]

Estas ecuaciones muestran que el caudal para E permanece constante, es función de la profundidad. La variación del caudal se muestra en la figura (8.2). La figura [8.2] muestra que el caudal es máximo para la profundidad crítica, propiedad muy útil para el diseño de secciones de máxima descarga como de vertederos, salida de depósitos y otros. Cuando en un canal se tiene un flujo lento y por lo tanto la profundidad del agua mayor que la profundidad crítica, cualquier perturbación que se haga al final del canal repercute aguas arriba. Así si mediante una compuerta se aumenta la profundidad del agua al final del canal, las profundidades aguas arriba también aumentan y viceversa. Pero si aguas arriba de la compuerta de control existe una sección con profundidad crítica, la compuerta deja de tener influencia hacía aguas arriba y el control pasa a ejercerlo la sección de profundidad crítica. 8.5 PROCEDIMENTO DE LABORATORIO 8.5.1Funcionamiento - Procedimiento 1. Hacer funcionar el sistema con la respectiva bomba. 2. Verificar el correcto funcionamiento del sistema al recircular el agua. 8.5.2 Toma de datos 1. Mida el ancho del canal (b) y ajuste el lecho del canal para Z = 0 en todas las secciones. Asegúrese que el canal este bien nivelado. 2. Levantar la compuerta aguas abajo hasta 3.50 centímetros. 3. Mediante la válvula de control de gasto, haga circular un caudal tal que Y 1 = 10.0 centímetros aproximadamente. 4. Una vez estabilizado el flujo afore por método volumétrico el caudal circulante. 5. Mueva la compuerta de cola, manteniendo el caudal constante y compruebe la variación de la profundidad aguas arriba. 6. Vuelva a colocar la compuerta levantada 3.50 centímetros. 7. Levante la parte control del lecho, con incrementos Z 2 de 5.0 ó 10.0 mm según el cuadro 8.1, manteniendo siempre el caudal constante.





8. Para cada posición de Z2 del lecho mida en las secciones 1,2 y 3 las profundidades del agua Y1, Y2 y Y3. 9. Introduzca los pitómetros hasta el centro de cada sección y lea las alturas piezométricas H 1, H2 y H3. 10. Para cada posición de Z 2 del lecho vaya calculando para las tres secciones las energías especificas así: Para las secciones (1) y (3): E1 = H 1, puesto que Z 1 = 0. Para la sección (2) E 2 = H2 – Z2. A medida que se incrementa Z 2 observe como varía la profundidad del agua en las secciones (1) y (2). 11. Vaya observando la disminución de E2 a medida que incrementa Z 2. 12. Obsérvese cuando E2 empieza a ser constante. La profundidad Y 2 habrá alcanzado su valor crítico que seguirá constante. Anote esta condición para Y 2 = Yc. 13. Siga incrementando Z 2 y mueva la compuerta de cola y observe como varía Y 1 y Y2. 14. Anote los datos y observaciones en el cuadro 8.1. 8.5.3 Procesamiento de datos 1. Calcule la profundidad crítica para el caudal medido por la ecuación [8.3]; compare este valor con el obtenido en el ensayo. 2. Dibuje en papel milimetrado y a escala conveniente las curvas E1 vs Z2 y E2 vs Z 2 con los valores obtenidos en el ensayo. 3. Las E1 vs Z2 y E2 vs Z2, presentan un punto donde cambia su pendiente. Analice qué significan las coordenadas (E, Z) correspondiente a esos puntos. 8.6CONTENIDO DEL INFORME DE LABORATORIO Ver lineamientos para la presentación de los informes de laboratorio. En la descripción de la instalación se deben incluir fotografías y esquema explicativo de funcionamiento del montaje.

8.7 BIBLIOGRAFIA   



MARBELLO, Ramiro. Fundamentos para las prácticas de laboratorios de hidráulica. Universidad Nacional de Colombia. Postgrado en Aprovechamiento de Recursos Hidráulicos. Facultad de Minas, Medellín, 2006. 320 p. RODRIGUEZ, D, Alfonso. Hidráulica experimental. 1ª edición. Escuela Colombiana de Ingeniería. Bogotá, 2001. 337 p. SOTELO AVILA, Gilberto. “Hidráulica General”; Volúmenes I y II. Editorial Limusa S.A., Octava Reimpresión 1985. 561 p. URRUTIA, C, Norberto. Hidráulica de canales. 2ª edición. Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. Departamento Mecánica de Fluidos y Ciencias Térmicas. Cali, 1992. 222 p.





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CUADRO 8.1 Reporte de datos y resultados

Numero

Caudal

Z2

ensayo cm³/seg

Profundidad del agua

(cms)

1

0,00

2

0,50

3

1,00

11

1,50

5

2,00

6

2,50

7

3,00

8

3,50

9

11,00

10

11,50

Altura piezometrica

Energía especifica

Y1

Y2

H1

H2

E1

E2

(cms)

(cms)

(cms)

(cms)

(cms)

(cms)





DATOS DE ELABORACI N ELABORADO POR:

REVISADOPOR:

Docente Ingeniería Civil

CARGO:

Representante de la Dirección

Docente Ingeniería en Producción Acuícola

Jefe de Laboratorios Asistente de Archivo y Correspondencia

Auxiliar de Laboratorio

Hernán Gómez Z NOMBRE:

APROBADO POR:

Víctor William Pantoja

Iván Sánchez O

Piedad Rebolledo Muñoz Ingrid Egas

Roberto García C FIRMA: FECHA:

30/08/2010

30/08/2010

30/08/2010

CONTROL DE CAMBIOS VERSI N No.

FECHA DE APROBACIÓN

1

30/08/2010

DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO Creación del Documento



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