UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
FACULTAD DE INGENIERIA
INDICE
1.0 INTRODUCCION
02
2.0 OBJETIVO
02
3.0 BREVE PRINCIPIO TEORICO
02
4.0 EQUIPOS DE TRABAJO
04
5.0 PROCEDIMIENTO
06
5.1 PROCEDIMIENTO ENLABORATORIO ENLABORATORIO
06
6.0 DATOS Y SU REGISTRO
09
7.0 CALCULOS Y REPRESENTACION REPRESENTACION DE RESULTADOS
09
8.0 CUESTIONARIO
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9.0 CONCLUSIONES
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10.0
TRABAJO DE INVESTIGACION INVESTIGACION
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11.0
ANEXO
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FUERZA SOBRE UNA COMPUERTA
1. INTRODUCCION Las compuertas son equipos mecánicos para el control de flujo de agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de irrigación. Existen diferentes tipos con una variada clasificación según su forma, función y movimiento. Las fuerzas horizontales causadas por la presión sobre superficies que encierran al fluido aumentan linealmente con la profundidad, de modo que se tienen fuerzas distribuidas no uniformes actuando sobre ellas. La determinación de la fuerza sobre la compuerta se puede calcular por medio de la aplicación del principio de impulso-momento.
2. OBJETIVO
Determinar de manera experimental, la fuerza ejercida por el flujo del fluido sobre la compuerta deslizante montada en el canal de pendiente variable del laboratorio.
Estimar la fuerza ejercida de manera teórica y experimental, para su posterior comparación.
3. BREVE PRINCIPIO TEORICO En el caso en particular de una compuerta, inmediatamente agua arriba no es válida la ley hidrostática ya que las líneas de corriente curvan al pasar por debajo de ésta, por lo tanto, tomaremos un punto (1) alejado de la compuerta, y consideraremos que las pérdidas friccionales entre este punto y la compuerta son despreciables.
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Por otro lado, aguas abajo de la compuerta, existe un punto donde el flujo alcanza la máxima contracción, donde es válido suponer una distribución hidrostática de presiones. La altura de escurrimiento en la máxima contracción es de Cc·a, donde Cc es el coeficiente de contracción, igual a p/(p+2) si a/h es pequeño. En este caso en particular, considerando los supuestos anteriores, es posible decir que la energía específica entre los puntos 1 y 2 se conserva. Si la compuerta actúa como control hidráulico, es decir, si la altura en la máxima contracción es menor que la altura crítica (impone un régimen supercrítico), el escurrimiento aguas arriba de la compuerta será subcrítico, y es posible determinar la altura de escurrimiento h1, sólo sabiendo que por el sistema escurre un caudal unitario” q” y que la abertura de la compuerta es “a”.
F y1
v1
a
v2
y2
Cuando se tiene una compuerta con un flujo por debajo de ella, la distribución de presiones sobre ésta difiere de la que se tiene en el caso estático. En el caso dinámico parte de la altura de presión hidrostática se manifiesta como carga de velocidad.
La determinación de la fuerza total que actúa sobre la compuerta puede hallarse a partir del diagrama de distribución de presiones hidrodinámicas:
F=b
y1 a
0
p dh
Donde:
b = ancho del canal p = presión actuante sobre la compuerta h = distancia de un punto de la compuerta respecto a su base.
Otra manera de determinar la fuerza que actúa sobre la compuerta es empleando las ecuaciones de cantidad de movimiento y de continuidad:
La ecuación de cantidad de movimiento:
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F = QV, que para el caso de la figura Nº 1 seria
1
1 2
b y12 -
2
b y22 - F = Q (v2 - v1)
…………………….
(1)
La ecuación de continuidad:
Q = b v1 y1 = b v2 y2
…………………………….
(2)
Expresando v1 en función de v2 de la ecuación (2), reemplazando en (1) y despejando F se obtiene:
F =
g b
(y1 - y2 )
2
(y1 + y2 ) -
b y1 y 2 Q
2
………………….( 3 )
La ecuación Nº (3) nos permite determinar la fuerza en estudio sobre la compuerta.
4. EQUIPOS DE TRABAJO -Canal de Pendiente Variable
-Compuerta Plana
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-Flotadores
-Limnímetro
-Regla
-Cronometro
-Wincha
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5. PROCEDIMIENTO 5.1
PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO
Colocamos la placa de compuerta plana y abrimos la llave de paso de agua del canal.
Marcamos dos puntos en el Canal de pendiente variable; uno será el punto de inicio y el siguiente será el punto final de la longitud que recorrerán los flotadores, y medimos la distancia de punto a punto.
Esperamos un tiempo prudente para que se regularice el caudal y soltamos un flotador.
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Tomamos el tiempo cuando el flotador pasa por el punto inicial hasta el punto final.
Mientras el flotador realiza su recorrido de punto a punto, medimos con el limnímetro el nivel de aguas arriba del vertedero.
Y luego medimos el “y1” y el “y2” con las reglas.
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Luego repetimos el proceso para obtener tres tiempos por cada ensayo realizado.
Terminado el ensayo, modificamos el caudal y r epetimos todo el proceso.
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6. DATOS Y SU PRESENTACION
Con los datos que obtuvimos y las fórmulas aprendidas, realizaremos los respectivos cálculos. DATOS:
(longitud )= b (ancho del canal)= L
2.50 m 30.00 cm
TABLA N° 01
Registro de información para Calculo de la velocidad y caudal
ENSAYO Nº 1 2 3 4
Y1 (cm) 17.60 21.50 26.40 31.40
cm cm cm cm
Y2 (cm) 3.40 3.50 3.40 3.50
cm cm cm cm
TABLA N° 02
Registro de información del Laboratorio “Calibración de orificios de aforo en canal”
ENSAYO Nº 1 2 3 4
TIRANTE "y” (cm) 16.60 20.70 25.60 30.50
cm cm cm cm
T (seg) T1 6.64 6.86 7.22 7.90
T2 6.27 6.42 6.92 7.56
T3 6.50 6.56 7.22 7.73
Tprom 6.47 6.61 7.12 7.73
Para verificar los cálculos, ir a Anexos.
7. CALCULOS Y PRESENTACION DE RESULTADOS TABLA N°03
Resultado de los Cálculos del Laboratorio “Fuerza sobre una Compuerta”
ENSAYO Nº 1 2 3 4
Q (l/s) 16.34 19.936 22.919 25.15
Y1 (cm) 17.6 21.5 26.4 31.4
Y2 (cm) 3.4 3.5 3.4 3.4
F (N) 22.76 34.44 55.99 89.755
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8. CUESTIONARIO
Comparar y analizar las magnitudes obtenidas de las fuerzas teórica y experimental sobre la compuerta.
Fexperimental (N) 22.76 34.44 55.99 89.755
Fteorico (N) 20.063 34.327 60.079 91.568
En la siguiente tabla podemos observar que tanto la fuerza experimental y la fuerza teórica nos dan valores muy cercanos entre sí, y de esto podemos deducir que los cálculos obtenidos de manera teórica y experimental han sido bien calculados y los dos métodos son confiables.
9. CONCLUSIONES
De la tabla N 03 podemos concluir que a medida que el caudal aumenta, la fuerza que genera sobre la compuerta es mayor. Es decir, la fuerza varia directamente proporcional al caudal.
Además, podemos deducir de los resultados de la tabla N 04, que tanto el método experimental como el teórico, son métodos confiables debido a que los resultados son similares.
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10. TRABAJO DE INVESTIGACION
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