UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO HIDRÁULICO l INFORME Nº 02 TEMA: AFORO EN UN CANAL CON MICROMOLINETE INTEGRANTES: PÁEZ BENAVIDES PABLO DAVID VALLES FARINANGO MARITZA SOLANGE
SEMESTRE: QUINTO
PARALELO: SEGUNDO DOCENTE:
ING. PAÚL LEÓN TORRES
FECHA DE REALIZACIÓN: 30/10/2017 FECHA DE ENTREGA: 06/11/2017 OCTUBRE 2017- MARZO 2018
1. INTRODUCCIÓN
En el transporte dinámico del agua es importante conocer las características del medio por donde se transportan y a las condiciones de presión a las que se exponen. “El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujo son similares en muchos aspectos pero se diferencian en un aspecto importante. El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente el conducto”. (Chow, 1994). El flujo en canal abierto se encuentra expuesto a gravedad y por tanto la superficie de agua es la línea de gradiente hidráulico, y la profundidad del agua corresponde a la altura piezométrica. Existen dos tipos de canales, los naturales y los artificiales. La mayoría de los flujos naturales encontrados en la práctica, como los de agua en riachuelos, ríos e inundaciones además de cunetas a los lados de carreteras, estacionamientos o techos, son también flujos en canales abiertos. Los sistemas de flujo en canal abierto hechos por el hombre incluyen sistemas de irrigación, alcantarillas, desagües y cunetas, y el diseño de estos sistemas es un área importante de aplicación de la ingeniería. “En
un canal abierto, la velocidad del flujo es cero sobre las superficies laterales y en el
fondo del canal debido a la condición de no deslizamiento, y máxima a la mitad del plano de la superficie libre. Además, la velocidad del flujo varía en la dirección de éste en la mayoría de los casos. Por lo tanto, la distribución de la velocidad y en consecuencia el flujo en canales abiertos es en general tridimensional.” (Cengel & Cimbala, 2006). Sin embargo, en la práctica de la ingeniería las ecuaciones están escritas en términos de la velocidad promedio en secciones transversales del canal y se la considera así como una variable unidimensional.
Referencias Bibliográficas
Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de Fluidos. México: Mc Graw Hill Interamericana. 1
Chow, V. T. (1994). Hidráulica de Canales Abiertos. Santafé de Bogotá: McGRAW-HILL.
2. OBJETIVOS 2.1. Objetivos Generales
Analizar las características físico-hidráulicas del canal abierto y sus propiedades.
Medir la velocidad promedio y el caudal en un canal rectangular, mediante el uso de un micromolinete.
2.2. Objetivos Específicos
Conocer la estructura y el funcionamiento del micromolinete.
Medir la velocidad del flujo en canal con micromolinete, a diferentes porcentajes del calado en un canal rectangular.
Determinar el área de la sección transversal del canal rectangular.
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3. EQUIPOS Y MATERIALES 3.1. Equipos Nombre
Imagen
1 Canal rectangular de pendiente variable
3.2. Herramientas Nombre
Imagen
1 Micromolinete o
Marca: AOTT
o
Serie de Hélice: 5-95067
o
Precisión: ±2%
1 Contador AOTT Z30 o
Apreciación: ± 1 rev; 10 seg
o
Capacidad: 60 seg
3
1 Limnímetro o
Apreciación: ± 0,1
o
Capacidad: 30
1 Regla metálica o
Apreciación: ± 1
o
Capacidad: 60
3.3. Materiales Nombre
Imagen
Agua
4
4. METODOLOGÍA 1. Prender el sistema de bombeo para el abastecimiento del canal hidráulico rectangular y por consiguiente abrir la válvula de control hasta conseguir un determinado caudal estable. 2. Equipar el micromolinete y el respectivo contador. 3. Verificar que el limnímetro se encuentre encerado y medir el calado del canal, para esto verificar que este sea constante y no sufra alteraciones durante la práctica. 4. Medir el ancho del canal rectangular con el uso de la regla metálica. 5. Ingresar el molinete al canal y en cada vertical del calado regular la altura de la hélice y registrar el número de revoluciones que gira para un tiempo de 30 segundos. 6. Repetir el paso 7 dos veces y realizar un promedio de revoluciones para cada vertical. 7. Calcular el caudal para cada caso y determinar el caudal promedio de la sección del canal.
5. REGISTRO DE DATOS Tabla 1: Datos de Entrada
Tipo De Hélice
No. 45-95067
Ecuación de la Hélice
= 0,0539 + 0,053 [/ ]
Rango de revoluciones
> 7,06
Ancho del canal
0,103 m
Altura del canal
0,064 m
Tiempo considerado
30 s
6. ECUACIONES FUNDAMENTALES
-
Velocidad de flujo por micromolinete () (/) = 0,0539 (/) + 0,053
Donde: =
5
-
Área de sección del canal ( ) = ∗
Donde: = =
-
Caudal ( ) =∗
Donde: = = á
7. CUADROS DE DATOS Tabla 2: Especificaciones del micromolinete MICROMOLINETE Marca
AOTT
Serie
5-95067
Ecuación
= 0,0539 + 0,053 [/ ]
Tiempo Considerado
30
Tabla 3: Dimensiones consideradas en el canal CANAL Ancho Del Canal (m)
0,103
Calado (m)
0,064
Profundidades (m)
Número De Verticales
3
20%
0,0128
40%
0,0256
60%
0,0384
6
Tabla 4: Datos y valores calculados Vertical
20% 40% 60%
Velocidad
Nº de
n
Revoluciones
Área del
Caudal
Canal
Parcial
/
−
−
350
11,67
0,68
6,592
4,48
346
11,53
0,67
6,592
4,42
352
11,73
0,69
6,592
4,55
351
11,70
0,68
6,592
4,48
338
11,27
0,66
6,592
4,35
331
11,03
0,65
6,592
4,28
Caudal
Velocidad
Promedio Promedio
−
/
4,45
0,675
4,52
0,685
4,32
0,655
−
4,427
/
0,672
8. CÁLCULOS TÍPICOS -
Revoluciones por segundo ()
=
=
º . 350 . 30
= 11,67 /
-
Velocidad de flujo por micromolinete () (/) = 0,0539 (/) + 0,053 = 0,0539 ∗ (11,67) + 0,053 = 0,68 /
7
-
Área de sección del canal ( ) = ∗ = (0,103 ) ∗ (0,064 ) = 0,006592
-
Caudal parcial ( ) = ∗ = (0,68 /)(0,006592 ) = 4,48 10− /
-
Caudal total () =
=
̅ + ̅ + ̅ 3
(4,44 + 4,52 + 4,32) 10− / 3 = 4,427 10− /
-
Velocidad total () =
=
̅ + ̅ + ̅ 3
(0,675 + 0,685 + 0,655) / 3 = 0,672 /
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9. ANÁLISIS DE RESULTADOS Para la práctica se escogió una hélice de serie 5-95067, la cual en el manual correspondiente del micromolinete, sugiere utilizar la fórmula para velocidad de = 0,0539 + 0,053 [/ ], que viene en función de las revoluciones por segundo que se da para cada caso.
En la medición de la velocidad en un flujo en un canal por medio del uso del micromolinete, al 20%, 40% y 60% del calado total, se obtuvo velocidades de 0,675; 0,985 y 0,655 m/s respectivamente. Los valores de caudal para cada vertical fijada, fueron de 4,44; 4,52 y 4,32 /, obteniendo un caudal promedio de 4,427 /.
10. CONCLUSIONES Páez Benavides Pablo David
La velocidad máxima del flujo en canal, se da en una ubicación más cercana al gradiente hidráulico, respecto al fondo del canal ya que en este último, el flujo sufre pérdidas por fricción y por tanto la velocidad, a partir de la máxima y conforme aumenta la profundidad, esta va disminuyendo hasta llegar a su mínimo valor en el contacto del flujo con la pared base del canal.
El caudal promedio total obtenido en la práctica de 4,427 /, resultó semejante al valor obtenido en el aforo volumétrico del flujo en realizado en simultaneidad, que arrojó un valor de 4,127 /.Sin embargo el aforo con micromolinete resulta más efectivo, ya que este, analiza la velocidad del flujo en diferentes puntos, sin alterar su dirección, en cuanto el aforo volumétrico requiere extraer agua.
Valles Farinango Maritza Solange
La ecuación para el cálculo de velocidad con el uso de molinete no es general, ya que cada hélice conformante del equipo, posee su propia ecuación particular, que dependerá de las características físicas de esta, como el diámetro y el pitch, que es la distancia teórica que una hélice se movería a través del agua en cada revolución.
El micromolinete relaciona la velocidad rotacional de la hélice con la velocidad del flujo en un punto, por lo cual entre más mediciones realizadas, resulta más eficiente el cálculo de la velocidad promedio. 9
11. RECOMENDACIONES Páez Benavides Pablo David
Tomar cuidado a la hora de manipular las hélices del micromolinete, ya que se especifica de su fragilidad, y es un derecho de todos quienes hacemos uso del laboratorio de Investigaciones Hidráulicas, cuidar y conservar los equipos que se toma como préstamo.
Verificar que no sufra vibraciones la válvula de control, ya que una mínima alteración en la entrada al canal, provocará resalto hidráulico un movimiento espiral, debido a que las dimensiones de canal con las que se experimenta son pequeñas.
Valles Farinango Maritza Solange
Tener la precaución respectiva al controlar el molinete, cuidando que a los cables no llegue el agua, para evitar el detrimento del equipo.
Verificar que el limnímetro se encuentre encerado, antes de tomar datos del calado del canal para evitar la alteración de la valores de profundidades a experimentar.
12. AGRADECIMIENTO Al Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador; al Docente de cátedra, como también a los ayudantes de laboratorio por guiar y acompañar la práctica y brindar su apoyo compartiendo sus conocimientos a nosotros los estudiantes para en un futuro ser unos excelentes profesionales.
13. BIBLIOGRAFÍA
Cengel, Y., & Cimbala, J. (2006). Mecánica de Fluidos. México: Mc Graw Hill Interamericana. Chow, V. T. (1994). Hidráulica de Canales Abiertos. Santafé de Bogotá: McGRAW-HILL. 10
Méndez , M. (2001). Elementos de hidráulica de canales. Caracas: Impresos Minipres.
14. ANEXOS
Imagen 1: Armado de las piezas que conforman el micromolinete
Imagen 2: Colocación de la hélice en el micromolinete
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Imagen 3: Revisión de las
Imagen 4: Toma del calado con
especificaciones del micromolinete
limnímetro
Imagen 5: Conteo de revoluciones de hélice en 30 segundos. 12
