INFORME FLUJO GRADUALMENTE VARIADO UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA LABORATORIO DE HIDRÁULICA II CIVIL 1 LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO Yate Rodríguez, Jonathan Mu!oz, "u#$erto L%&ez G%#ez, '()aro
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[email protected] [email protected]; du.co; u1101480@unimilitar.
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Re*u#en En el siguiente informe se realizó un análisis a la experimentación hecha en el laboratorio donde el objetivo era simular un flujo gradualmente variado en un canal cana l rectangular, lo anterior con el fin de identificar el perfil de flujo que se genera, a partir de la toma de datos como alturas piezométricas, profundidad en secciones del canal, entre otros. Seguidamente se realizan los respectivos cálculos aplicando las diferentes ecuaciones presentadas en el estudio teórico. or otra parte este tipo de montaje se lleva a cabo !a que obedece a la necesidad de comprender de manera real la aplicación del flujo gradualmente variado es el dise"o de canales abiertos. #a pendiente de un $,$$%&' aproximadamente seg(n los cálculos obtenidos ! con la literatura corresponden a un perfil )&* los perfiles de flujo fueron )& entre la compuerta ! el salto hidráulico, luego se presentó un perfil )+ posterior al salto. ara su determinación se empleó el método de paso directo, posteriormente se determinó los tres caudales empleados para este ensa!o* el n(mero de )anning, los n ! c de cada uno de los perfiles, permitiendo contextualizar la teor-a ! práctica utilizando datos experimentales.
+a(a$ra* (a)e lujo gradualmente variado /012,
Introdu--.%n El flujo gradualmente variado es el flujo permanente cu!a profundidad caria de manera gradual a lo largo de la longitud del canal, esta definición establece dos condiciones %2 el flujo es permanente, es decir, las caracter-sticas hidráulicas de flujo permanecen constantes para el intervalo de tiempo bajo consideración, ! +2 las l-neas de corrientes son paralelas, es decir prevalecen la distribución hidrostática de presiones sobre la sección del canal 3%4, #as causas que producen el flujo gradualmente variado pueden ser diversas, entre ellas pueden mencionarse a5 cambios en la sección geométrica, cambios de la pendiente, cambios en la rugosidad de las paredes !6o fondos, curvas horizontales en el trazo, obstrucciones del área hidráulica, etc. Esta práctica se hizo con la finalidad de calcular un perfil de 01, para ello existen diversos métodos los más utilizados son5 método de integración gráfica, método de integración directa ! método de paso directo, este (ltimo fue el que se utilizó para esta práctica, Este es un método sencillo, aplicable a canales prismáticos 3+4. 7ivide el canal en tramos cortos ! desarrolla los cálculos para cada sección comenzando por una conocida /la sección de control por ejemplo2. Si el flujo es subcr-tico los cálculos se inician desde aguas abajo ! se desarrollan hacia aguas arriba ! si es supercr-tico se parte de aguas arriba continuándose hacia aguas abajo.
E(e#ento* de( Tra$a/o 0 #etodo(ogía El canal donde se va a analizar el 01 cuenta con un tanque de equipamiento, un control del caudal /compuerta2 siguiendo un canal el cual llega a un vertedero, cuenta con una rejilla estabilizadora, un tablero de piezómetros, una compuerta de persiana, un tanque aforador ! una válvula de ingreso. 8omo se observa en la figura %.
igura %. Canal #a práctica empieza cuando se abre la compuerta ! ha! un nivel constante de agua, el siguiente paso es purgar los piezómetros, tomamos las altura inicial del vertedero, la apertura dela compuerta ! el ancho del canal, luego se procede a tomar la lectura de los piezómetros del %$ al +& en la tabla de datos, en esta primera ocasión se hace cuando el canal está ubicado de manera horizontal, posteriormente se inclina el canal con la palanca ! tomamos nuevamente la lectura de los piezómetros, se debe calcular el dato de la pendiente del canal inclinado. )anteniendo la abertura de la compuerta se abre la válvula ! se toman datos para tres caudales diferentes, se miden las distancias entre piezómetros. 8uando se tenga la primera abertura para el caudal uno, se debe cerrar la compuerta de persianas ubicada al final del canal para que se genere un salto hidráulico, luego se toman nuevamente las lecturas de 9pie: ! de y , esto se hace para tres caudales diferentes como se mencionó anteriormente. ara calcular el perfil de 01 se debe realizar una tabla con los datos proporcionados en el laboratorio, esta tabla contiene %& columnas cu!o contenido se muestra a continuación5
0 3#4
A 3#564
Rh 3#4
o(u#na <= )uestra la profundidad /!2
Rh537894
V 3#568*4
+er1.( agua* arr.$a de( *a(to -auda( :V686g 3#4 E 3#4 ;E 3
o(u#na 6= área mojada correspondiente a la profundidad /!2 de la columna %. o(u#na 9= el per-metro mojado correspondiente a /!2 de la columna %. o(u#na 7= el radio hidráulico. o(u#na >= la velocidad media en m6s o(u#na ?= la cabeza de velocidad. o(u#na @= la energ-a espec-fica en metros obtenida de sumar la columna % ! la columna ;. o(u#na = la pendiente de fricción calculada mediante la ecuación de maning
Sf =
v
2
n
∗
4
Rh
2
.
3
o(u#na = cambio de la energ-a espec-fica, igual a la diferencia entre el valor de E de la columna < ! el correspondiente a paso anterior. o(u#na
=abla %. o(u#na <<= diferencia entre la pendiente de fondo $.$%+ ! la pendiente de fricción promedio. o(u#na <6= longitud del tramo entre los pasos consecutivos, calculada deduciendo las siguientes ecuaciones5
Figura 2.tramo del canal =omando un tramo corto del canal, como lo ilustra la figura +, se cumple que5 2
V 1 Z 1 + Y 1 + 2g
2
V 2 = Z 2+ Y 2 + 2g
+
hf 1
Z 1− Z 2 = ΔxSo 7onde
hf = ΔxSf #uego 2
V 1 ΔxSo + y 1 + 2g
2
V 2 = Y 2 + + ΔxSf 2g
−2
E%
E+
ΔxSo + E 1= E 2 + ΔxSf #uego nos queda
E 2 − E 1 ΔE = Δx = So − Sf So− Sf Δx =
ΔE So −Sf
o(u#na <9= es la distancia acumulada, que es igual a la suma de los valores de la columna %+ calculados previamente.
Re*u(tado* Ta$(a de dato*
AN'LII DE REULTADO
ONLUIONE 7e acuerdo al análisis de resultados realizado se conclu!e que el salto hidráulico se encuentra directamente relacionado con el caudal que se este presentando en el flujo, además de la pendiente que el canal muestre
la curva de rema!" " de #lu$" %radualme&e var'ad" !"l" e! ("!')le e l"! ca!"! e *ue !e &e%a ua ")!&rucc'+ del caal, (r"v"cad" *ue la ma!a de a%ua !e a%l"mere, cam)'e de #"rma, - c"m" el ac." e! c"!&a&e, el #lu'd" !e ver/ a#ec&ad" %eerad" el !al&",
