UNIVERSIDAD RICARDO PALMA PALMA
LABORATORIO Nº04
CURSO : INGENIERIA HIDRAULICA DOCENTE: ING.CIP.MANUEL CASAS VILLALOBOS ALUMNO : CESAR GONZALES GONZALES CODIGO : 200510757
TEMA
: FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE
SURCO2010
FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE
INTRODUCCION Un flujo en un canal abierto, fluye por efecto de la gravedad que actúa en el sentido de la pendiente del canal. La relación de las fuerzas de inercia y la gravitatoria, mediante la aplicación del análisis dimensional establece la correlación adimensional conocida como el número de Froude F !, que clasifica el tipo de r"gimen del flujo en un canal, sea supercr#tico, subcr#tico o cr#tico
$uando el fluido se mueve dentro de un conducto se pueden presentar dos circunstancias diferentes% •
•
$uando el fluido llena totalmente el conducto, y se dice que el flujo es confinado. $uando el fluido sólo llena parcialmente el conducto se dice que es flujo a superficie libre o libre
&l flujo libre implica una cara superior en contacto con un gas, usualmente la atmósfera, y por esta circunstancia sólo es posible tener flujo libre en l#quidos.
&n el flujo confinado el conducto debe ser cerrado, como ocurre con un tubo. &n el flujo libre el conducto puede ser cerrado, como en una alcantarilla, o abierto por su parte superior, como en un canal.
&n el flujo confinado un aumento o disminución de la presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de "ste como una onda de presión de alta velocidad y magnitud constante. &n el flujo libre un aumento o disminución de presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de "ste como una onda caracterizada por aumento o disminución en el área transversal del flujo y en su velocidad media.
&n el flujo confinado, cuando aumenta o disminuye el gradiente de la l#nea de energ#a, la velocidad aumenta o disminuye, pero el área transversal permanece constante.
&n el flujo libre, cuando var#a el gradiente de la l#nea de energ#a, var#an las velocidades y el área transversal.
&n ambos casos se pueden tener flujo laminar o turbulento.
OBJETIVO DE LA PR!CTICA
'escribir las componentes de un conducto con flujo regular en la forma de % &lementos geom"tricos &lementos cinemáticos &lementos dinámicos • • •
OBJETIVOS ESPECIFICOS
(btener los elementos que componen el sistema% flujo ) conducto abierto ELEMENTOS GEOMETRICOS
&ncontrar % *ección t#pica del conducto% anc+o de la solera, altura de las bancas, separación entre las bancas lineamiento -endiente del canal *o • • • • • •
ELEMENTOS CINEMATICOS edir las profundidades del flujo en diferentes secciones del canal • La media y la desviación estándar • 'efinir el radio +idráulico. •
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&ncontrar el modulo de la sección /ealizar la medición de velocidades superficiales, 0s, del flujo, empleando flotadores edir .las velocidades medias , 0, del flujo con colorante /egistrar velocidades puntuales, 0i, del flujo en una sección del canal con microcorrentometro. $alcular las velocidades en forma anal#tica con modelos reconocidos de origen semi emp#rico. $alcular el caudal y el caudal unitario $alcular la pendiente del pelo de agua *1 &l coeficiente de $oriolis
ELEMENTOS DIN!MICOS &stimar % Los coeficientes de resistencia al flujo, n, $ y f • La pendiente de energ#a *& • &l coeficiente de 2oussinesq • BREVE PRINCIPIO TEORICO R"GIMEN DEL FLUJO:
&l número a dimensional de Froude es el parámetro que indica las condiciones de escurrimiento de un flujo en una canalización a pelo libre. en donde%
F 3 4 indica r"gimen lento o de r#o subcr#tico ! F 5 4 indica r"gimen rápido o de torrente supercritico ! F 6 4 r"gimen cr#tico 0 % es la velocidad media del flujo ,y % es la profundidad o tirante +idráulico del flujo g % la aceleración de la gravedad. VELOCIDADES MEDIAS: VELOCIDADES MEDIAS CON COLORANTE
$on una pluma nube! de color introducida en el flujo en el canal, registrar el tiempo de paso entre dos secciones y con la definición de velocidad, longitud entre tiempo. &ncuentre la velocidad media de la masa del fluido.
VELOCIDAD MEDIA CON EL MODELO DE BAZIN:
Un m"todo práctico para obtener la velocidad media 0 ! de una corriente por medio de flotadores a partir de la velocidad superficial 0s! del flotador, consiste de 2azin, que relaciona la velocidad media 0 y la velocidad superficial 0s donde %
,b es la corrección de la velocidad superficial
0 6 0elocidad media de flujo 0* 6 0elocidad superficial / 6 /adio +idráulico, en metros 7 y 8 6$oeficientes según la naturaleza de las paredes de la canalización.
VELOCIDAD MEDIA CON EL MODELO DE FISCHER &n virtud de mediciones realizadas en r#os europeos, Fisc+er propuso un modelo para la relación de 0 vs 0s de la forma siguiente%
relación que var#a según la naturaleza de las paredes, como sigue%
VELOCIDAD PUNTUAL CON MOLINETE La literatura pertinente indica que la velocidad media de un flujo ocurre entre los niveles 9.:+, y 9.;+, donde + es la profundidad del flujo. $on el molinete +. RECURSOS PARA LA PR!CTICA FISICOS $anal de pendiente variable • olinete de registro de velocidades • ?inc+a. • $ronómetro • Flotadores • $olorante. • PROCEDIMIENTO
PROCEDIMIENTO EN EL LABORATORIO •
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edir la geometr#a de la sección, y la pendiente del canal por la que discurrirá el flujo. (bservar el movimiento del fluido /egistrar la velocidad media del flujo con colorante 'eterminar la distancia @LA que recorre el tinte, controlar el tiempo y obtener la velocidad media. edir la velocidad superficial, 0s $ontrolar el tiempo que tardan los flotadores, en el recorrido @ LA para lograr 0s.
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edir las velocidades puntuales con el molinete en una columna de un mismo eje en dos niveles a 9.:+, 9.; y 9.>+, donde, + es la profundidad del flujo de escurrimiento.
Usando los criterios y ecuaciones de los modelos indicados anteriormente, determinar la 0elocidad superficial @0sA, la velocidad media @0A, el número de Froude @FA y, la relación
&stimar el caudal con la ecuación de continuidad, la velocidad media, el caudal unitario y los datos para satisfacer los objetivos espec#ficos planteados.
DATOS # PRESENTACION Utilizando una +oja de cálculo, prepare los datos eBperimentales $uadro de variación de profundidades en un tramo del canal%
N
<
0.01
1.9
2
0.06
12.4
3
0.125
10.11
4
0.5
6.02
5
0.75
5.06
6
1
4.9
1
h(cm)
Q Ensayo Q Tirane (m³/seg N° (m³/h) (y) (m) ) 1 80 0.0222 0.1290 2 80 0.0222 0.1240 3 80 0.0222 0.1011
tiempo
tiempo promedio
3.14 3.27 3.03 3.29 3.15 3.2 2.56 2.47 2.63 1.5 1.46 1.5 1.36 1.4 1.44 1.18 1.14 1.21
3.147
3.213
2.553
1.487
1.400
1.177
T (seg.)
" # $%& (m')
#2y *
+# "/
3.1467 3.2133 2.5533
0.0387 0.0372 0.0303
0.5580 0.5480 0.5022
0.0694 0.0679 0.0604
4 5 6
80 80 80
0.0222 0.0222 0.0222
0.7627 0.7469 0.9399 1.6143 1.7143 2.0397
$# -/+ 0.0022 0.0023 0.0026 0.0036 0.0041 0.0042
B (m) =
0.3
g=
9.81
L (m) =
2.4
,s
0.0602 0.0506 0.0490 ,#,s/ (114%$) 0.4593 0.4478 0.5503 0.8776 0.9048 1.0704
1.4867 1.4000 1.1767
0.0181 0.0152 0.0147
N roe 0.4082 0.4060 0.5526 1.1419 1.2843 1.5439
0.4204 0.4012 0.3980
0.0430 0.0378 0.0369
+egimen e o $rio $rio $rio errio errio errio
α =
0.00015
β=
$onclusiones% •
&l número a dimensional de Froude es el parámetro que indica las condiciones de escurrimiento de un flujo en una canalización a pelo libre, en nuestro laboratorio la investigación nos sale como resultados flujos subcr#ticos y supercr#ticos. F 3 4 indica r"gimen lento o de r#o subcr#tico ! F 5 4 indica r"gimen rápido o de torrente supercr#tico !
0.00
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&n el flujo confinado un aumento o disminución de la presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de "ste como una onda de presión de alta velocidad y magnitud constante. &n el flujo confinado el conducto debe ser cerrado, como ocurre con un tubo, &n el flujo libre el conducto puede ser cerrado, como en una alcantarilla, o abierto por su parte superior, como en un canal.
Un m"todo práctico para obtener la velocidad media 0 ! de una corriente por medio de flotadores a partir de la velocidad superficial 0s! del flotador, consiste de 2azin, que relaciona la velocidad media 0 y la velocidad superficial 0s
&n el flujo libre un aumento o disminución de presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de "ste como una onda caracterizada por aumento o disminución en el área transversal del flujo y en su velocidad media.
&n el flujo libre, cuando var#a el gradiente de la l#nea de energ#a, var#an las velocidades y el área transversal. &n ambos casos se pueden tener flujo laminar o turbulento.
/ecomendaciones% •
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/ealizar con atención, al momento de soltar los flotadores, ya que el tiempo tomado puede variar un poco si no ponemos el inter"s debido. Cacer marcas con cinta ad+esiva para tener mas eBactitud del tramo que se va +acer la toma de tiempo del flotador. La iluminación es importante para poder realizar mejor el laboratorio
2ibliograf#a y paginas 1eb% •
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+ttp%DDfluidos.eia.edu.coD+idraulicaDconfinadoElibre.+tm
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+ttp%DD111.unesco.org.uyDp+iDlibrosDlibro-&2D4)G.+tml
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+ttp%DD111.elprisma.comDapuntesDcurso.aspHid644I4:
