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Descripción: Laboratorio de Hidráulica, energía específica
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LABORATORIO DE HIDRAULICA No. 1. CURVA DE ENERGIA ESPECÍFICA
INTRODUCCION La energía específica en la sección de un canal se define como la energía por masa de agua en cualquier sección de un canal medido con respecto al fondo del canal (Trueba, 1961) Para un canal de pequeña pendiente d: Tirante, Cos = 1 y = 1. Lo cual cual indica que la energía energía específica es igual a la suma de la profundidad del agua y la altura de velocidad (Ven te Chow, 1994). E d
V 2 2 g
(1).
Para un canal de cualquier forma y área hidráulica A, con V
Q A
E d
Q2 2 2 gA
(2).
Suponiendo que Q es constante y A es función del tirante, entonces la energía específica solo depende del tirante. Definiremos el caudal por unidad de ancho o caudal unitario (q) como: q
Q b
(3)
Donde: q = Gasto unitario.
Q = Caudal Total. b = Ancho del canal. La velocidad media se expresa: V
q d
(4)
Dónde: V = velocidad media. q = gasto unitario. d = tirante de agua. Esto se introduce en la ecuación (1) y produce la siguiente relación entre q y E: E d
q2 2 gy
2
(5)
Se puede ver que para una sección dada de un canal y un caudal Q la energía especifica en la sección de una función de la profundidad del flujo solamente.
OBJETIVOS Determinar el comportamiento de la energía específica con un caudal constante, cuando se varía la pendiente del canal. Elaborar la curva de energía específica para las condiciones dadas en la práctica de laboratorio.
MATERIALES
Canal en acrílico con accesorios Motobomba Deposito Probeta Limnimetro Cinta métrica Cronometro
PROCEDIMIENTO Para realizar la práctica de resalto hidráulico en un canal rectangular, se procede de la siguiente manera: 1) Se nivela el canal, con ayuda de la cinta métrica, hasta que quede totalmente horizontal. 2) Se mide el ancho del canal con la cinta métrica y con el limnimetro se mide la profundidad del canal. 3) Se enciende la motobomba y se abre la válvula de entrada para que el agua fluya a
través del canal y se espera a que el flujo se estabilice. (La Válvula de entrada de agua al canal después de ajustada, no puede moverse para que el caudal sea constante). 4) Se mide la profundidad de flujo o tirante de agua en el canal con ayuda del limnimetro. 5) Se mide el caudal que transporta el canal por medio del método volumétrico; este método consiste en medir por medio de la probeta un volumen de agua en un tiempo determinado. Se toman 5 medidas de caudal para un mismo tirante. 6) Se varía la pendiente del canal, y se repiten los pasos 4 y 5 del procedimiento. Este proceso se repite hasta obtener 10 profundidades diferentes.
CONSIGNACIÓN DE RESULTADOS Ancho del canal: _____________ Profundidad del canal: ___________ Longitud del Canal: ______________ Cota de la base del canal en la sección 1: ______________
Tabla 1. Resultados obtenidos en el experimento para cada toma de datos TOMA #1
TOMA # 2
Y (m)
Cota base canal 2 (m)
Y (m)
V (m3)
T (seg)
Q (m3/s)
V (m3)
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
Q (m3/s)
TOMA #3
TOMA # 4
Y (m)
Cota base canal 2 (m)
Y (m)
V (m3)
T (seg)
Q (m3/s)
V (m3)
TOMA #5 Y1 V (m3)
Q (m3/s)
Y1 V (m3)
TOMA #7 Y1 V (m3)
Q (m3/s)
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
Q (m3/s)
TOMA # 8
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
T (seg)
TOMA # 6
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
Cota base canal 2 (m)
Q (m3/s)
Y1 V (m3)
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
Q (m3/s)
TOMA #9 Y1 V (m3)
TOMA # 10
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
Q (m3/s)
Y1 V (m3)
Cota base canal 2 (m)
T (seg)
Q (m3/s)
Para la presentación de los resultados en el informe deben llenar las siguientes tablas, utilizando las siguientes formulas: Para los datos consignados en la tabla 2
Pendiente de fondo del canal
Dónde:
S: Pendiente de fondo del canal (%) Ci: Cota base del canal sección 1 (m) Cf: Cota base del canal sección 2 (m) L: Longitud Canal entre ambas secciones (m)
Área hidráulica A= BxY Dónde: A: Área hidráulica (m2) B: Ancho del canal (m) Y: Tirante de agua (m)
Velocidad de flujo V = Dónde: V: velocidad de flujo (m/s) Q: Caudal (m3/s) A: Área hidráulica (m2)
Energía específica
E = Dónde: E: Energía específica Y: Tirante de agua (m) V: Velocidad de flujo (m/s) g: Gravedad (m/s2)
Numero de Froude F = √ Dónde: F: Número de Froude V: Velocidad de flujo (m/s) g: Gravedad (m/s2) D: Profundidad hidráulica (m)
Tabla 2. Calculo de energía específica y numero de Froude Toma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Y
B
S
Q
A
V
V /2g
E
BIBLIOGRAFIA
Ven te Chow. Hidráulica de Canales Abiertos. McGraw-Hill. Illinois, 1994. Pag 41-42 Samuel Trueba Coronel. Hidráulica, quinta edición. Norgis Editores S.A. 1961.
