GUIA-LAORATORIO-ING.-HIDRULICA.doc

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

LABORATORIO CENTRAL DE

FACULTAD DE INGENIERIA

HIDRAULICA Y MEDIO AMBIENTE


FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

LABORATORIO LABORATORIO CENTRAL DE HIDRAULICA Y MEDIO AMBIENTE

GUIAS DE LABORATORIO DE INGENIERIA HIDRAULICA

1






LABORATORIO CENTRAL DE HIDRAULICA Y MEDIO AMBIENTE

GUIA DE LABORATORIO DE INGENEIRIA HIDRAULICA

SEMESTRE 2005 - II

DECANO

Mg. Leonardo Ala!"#a$an A.

DIRECTOR DE LA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

Ing. Ed#ardo Te$o"e Merado

DIRECTOR DEL LABORATORIO CENTRAL DE HIDRAULICA Y MEDIO AMBIENTE

Ing. Re#%er Al&aga D'a(

COORDINADOR DEL LABORATORIO CENTRAL DE HIDRAULICA Y MEDIO AMBIENTE

Ing. Carla In)#a S"ar*)

AUTORES DE LA GUIA

Ing. Carla In)#a S"ar*) Ing. Ce)ar Gon(+le( L&nare)

COMPILACION Y ADAPTACION

Ing. Re#%er Al&aga D'a(

DIGITACION Y DIAGRAMACION

Ing ,&ll&a$ S+n"e( Ver+)%eg#&

-





“Escuchar para aprender, compartir para crecer” es la sencilla formula del éxito. Lo que diariamente hacen efectiva miles de hombres y mujeres en todo el mundo, para verse bien y sentirse mejor, para generar abundancia y sentir felicidad de compartir con los otros. otros.

Buscar un estilo de vida mas saludable es algo inherentemente bueno quee lo ayud qu ayudar ara a de muc ucha hass maner aneras as en su vida vida.. Pero Pero bu busc scar ar un resultado perfecto (el cuerpo perfecto), no es bueno ni til, por ser todo en la vida vida,, de desd sdee el pu punt nto o de vist vista a hu hum mano ano pe perf rfec ecti tibl ble. e. !uan !uando do busc bu scam amos os un resu result ltad ado o pe perf rfec ecto, to, o un resu result ltado ado qu quee espe espera ramo mos, s, estamos abocados al fracaso. En realidad la perfección no existe porque

por cada cosa que mejoramos podemos pensar en otra que podría cambiar. Busque un cuerpo saludable que funcione, no un cuerpo perfecto adecuado para una vitrina de exposición.

Laboratorio Central de Hidráulica Hidráulic a y Medio Ambiente







ROL DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE INENIERIA HIDRA!LICA Semestre Académico: N° LAB.

FECHA

TEMA DE LABORATORIO

0

° ! "° Sema#a

I#trod$cci%# a &os La'oratorios

0"

(° Sema#a )"*A+o. , 0(

e&ocidad Termi#a& de /artc$&as

Set-

0(

1° Sema#a

Coe2icie#tes de Corio&is 3 Bo$ssi#es4

01

5° Sema#a

F&$6o #o Co#2i#ado o co# S$7er2icie Li're

05

8° Sema#a

Coe2icie#te de Resiste#cia e# Co#d$ctos A'iertos

9° Sema#a

SSTENTACION

;° Sema#a

E
08

*° Sema#a

ISITA TECNICA

09

0° Sema#a

E#er+a Es7eci2ica

0;

° Sema#a

Resa&to Hidr=$&ico e# Ca#a&es A'iertos

0*

"° Sema#a

F&$6o >rad$a&me#te ariado

0

(° Sema#a

F$er?a Es7eci2ica

1° Sema#a

SSTENTACION

5° Sema#a

E#tre+a de #otas

8° Sema#a

E
/





EXPERIMENTOS DE LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS E INGENIERIA HIDRAULICA 1.0

GENERALIDADES En la ejecución de los experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica, se realiza trabajos tendientes a alcanzar los objetivos de cada uno de ellos en particular, pero en términos generales se puede precisar ue se busca alcanzar los siguientes objetivos! "roporcionar al #uturo pro#esional $en este caso ingeniero% la oportunidad de veri#icar experimentalmente & en #orma objetiva las le&es ue son deducidas a partir de consideraciones asociadas a datos experimentales o simplemente de datos experimentales, las cuales gobiernan el comportamiento de los #enómenos a considerar & paralelamente se #ormará una idea de cómo se exploran los nuevos campos de conocimiento cientí#ico' (esarrollo (esarrollo en el #uturo pro#esional pro#esional de la )abilidad de trabajar con instrumentos & euipos de medición cada vez más so#isticados & precisos, propiciando el interés en el )ábito del cuidado cuidado & minuciosidad minuciosidad en la manipulación manipulación de los euipos así como en la lectura de los datos proporcionados por dic)os euipos' *ener una idea clara de los errores ue se pueden cometer, de los errores permisibles & los cuidados ue debe tener en cuenta, como son la apreciación de la precisión de las medidas orientadas a minimizar el error permitido' Familiarizar Familiarizar al #uturo #uturo pro#esional pro#esional con la redacción & la presentación presentación de in#ormes, claros & lógicamente elaborados'

−

−

−

−

+*-! "ara alcanzar los objetivos mencionados, el #uturo pro#esional debe poner de su parte el mejor deseo de aprovec)ar la ejecución de los laboratorios, sin contentarse con realizar el trabajo simplemente mecánico & rutinario' .e entien entiende de ue el #uturo #uturo pro#esion pro#esional, al, para para lograr lograr el verdad verdadero ero provec)o provec)o de los exper experim iment entos os de labor laborat ator orio ios, s, debe debe prep prepara arars rse e tanto tanto en la teorí teoría a como como en las las instrucciones relativas al experimento a ejecutarse'

2. 2.00

PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O DE TRA TRABAJO BAJO DE LABO LABORA RAT TORIO ORIO "ara lograr los objetivos mencionados a lo largo de todas las prácticas de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica & las correspondientes a cada uno de ellos se debe tener en cuenta! − −

El n/mero de participantes por grupo se recomienda ue sea en n/mero de diez' 0os laboratorios tendrán una duración de tres $12% )oras durante el cual el #utur #uturo o pro#e pro#esi sion onal al real realiz izar ará á el expe experi rimen mento to de labor laborato atori rio o & orden ordenar ará á la in#or in#orma maci ción ón obte obteni nida da para para lueg luego o proce procede derr a la elab elabor oraci ación ón del del in#or in#orme me correspondiente!

El procedimiento a seguir en las prácticas de laboratorio son! a' El pro#esor pro#esor,, iniciará iniciará su trabajo trabajo con con la descripc descripción ión del euipo euipo a emplear emplearse, se, #orma #orma de usarlo usarlo,, cuidad cuidados os especi especiales ales & precauci precauciones ones ue deben deben tomars tomarse e en el

0





manipuleo, etc', asimismo en #orma resumida los principios básicos de la teoría &a explicada por el pro#esor de la parte teórica del curso, apo&ando )asta la obtención de la in#ormación completa del experimento' b' 0os 0os alumnos alumnos revi revisa sarán rán los eui euipo poss a usar usar en el exper experim imen ento to & si en ellos ellos encontraría de#ectos u omisiones, lo comunicarán al pro#esor de práctica de labora laborator torio io para para subsan subsanarl arlos' os' 0uego 0uego los alumnos alumnos procederá procederán n al armado armado & montaje del euipo, siguiendo las instrucciones del pro#esor de práctica de laboratorio, para iniciar de inmediato el experimento' c' En la realiz realización ación del del experiment experimento, o, debe contars contarse e con la participació participación n activa activa de cada uno de los integrantes del grupo, tomando personalmente todos los datos & lecturas, siendo ésta la /nica #orma de aprender & cumplir con los #ines de los trabajos de prácticas de laboratorio' d' El profeor !o" #" $#e%o &e &'(o &el e)per*+e"(o efe!(#'r' lo !,l!#lo !orrepo"&*e"(e -'(' o(e"er # re#l('&o -'!*e"&o l' pre!**o"e e *"&*!'!*o"e per(*"e"(e/ !o" l' !#'le el 'l#+"o !o+ple('r' e" for+' pero"'l/ e" el (*e+po #e !orrepo"&e ' !'&' l'or'(or*o/ lo !,l!#lo #e er," p#e(o e" l' -o$' re#+e" &e &'(o  !,l!#lo #e e l' propor!*o"'r, o ee"(#'l+e"(e !'&' #"o &e lo p'r(*!*p'"(e lo el'or'r'/ p'r' e e"(re%'&o 'l profeor/ *"for+'!*3" #e er*r, &e 'e e" l' !'l*f*!'!*3" &e lo *"for+e &e lo e)per*+e"(o/ *"for+e #e er," pree"('&' e" l' e+'"' *%#*e"(e'







INSTRUCCIONES GENERALES PARA EL LABORATORIO

1.0

C#*&'&o &el E#*po -l terminar cada experimento experimento los estudiantes estudiantes deberán deberán entregar entregar los euipos euipos en el mismo estado ue lo recibieron'

2. 2.00

For+' &e re' re'l* l*44'r lo lo e)p e)per er**+e"(o e"(o a% 0eer 0eer o atender atender cuidad cuidadosa osamen mente te las instr instrucc uccion iones' es' b% -segur -segurarse arse ue ue los instr instrume umentos ntos o euip euipos os se encuent encuentren ren calib calibrad rados os a su punto punto de re#erencia' c% -notar -notar cuida cuidados dosame amente nte los los datos datos del experi experimen mento' to' d% -notar -notar la #ec)a & el n/mero de identi#i identi#icació cación n del euipo

5.0

U"*&'&e  (o+' &e &'(o 3uando 3uando se utilizan #ormatos para registrar registrar los datos del laboratorio laboratorio es necesario necesario colocar siempre las unidades de las magnitudes ue se están ensa&ando, por ejemplo! de los caudales lit4seg, de los piezómetros cm', etc' o cualuier #ormación adicional ue pudiera necesitarse posteriormente al manejar los datos del laboratorio'

6.0

D*#$o &e Gr,f*!' "ara "ara dibu dibuja jarr una una grá#i grá#ica ca es nece necesa sari rio o ue ue ésta ésta se colo colou ue e sobre sobre un sist sistem ema a de coordenadas construido de tal #orma ue se deja un margen izuierdo e in#erior de por lo menos tres centímetros de anc)o' .e deben emplear líneas de trazo continuo para valores experimentales $mostrando los puntos% & trazo discontinuo para valores supuestos o de tendencia' .e debe ad)erir el cuadro de valores gra#icando & )acer re#erencia al numero de cuadro utilizado' 0os puntos singulares deben tener una explicación' 0os letreros de la grá#ica deben colocarse en la parte superior del encabezamiento de las coordenadas' En cada grá#ica debe consignarse! a% b% c% d% e%

*itu *itulo lo del del exp exper erim imen ento to'' +omb +ombre re de la lámi lámina na'' 0uga 0ugarr & #ec #ec)a )a del del tra traba bajo jo'' Esca Escala la si es nece necesa sari rio' o' +ombre +ombre de la la perso persona na ue ue )iz )izo o la grá#ic grá#ica' a'

0os puntos experimentales se debe unir mediante curvas continuas utilizando pistoletes o mediante el uso de un so#t5are adecuado! nunca a mano alzada'

7. 7.00

A",l* ",l** * &e l' I"fo I"for+ r+'! '!*3 *3" " E)p E)per*+ er*+e" e"(' ('ll *oda in#ormación experimental debe ser analizada para determinar errores de precisión & validez6 el lector interesado debe consultar bibliogra#ía especializada, dado ue el espacio reducido no permite ma&or extensión del tema' −

"recisión de las mediciones en el experimento' 0a precisión de las mediciones de un experimento depende ma&ormente de los siguientes aspectos! a' (e los instrumentos' b' (el tipo del experimento' 2





c' (el n/mero de datos obtenidos' d' 7 el experimentador' experimentador' 0a precisión es la desviación de los datos respecto al promedio de los mismos obtenidos en el ensa&o' 3on muc)a desviación o dispersión la precisión es baja' 3ontrariamente, con poca desviación la precisión es alta' 8'9 Incertidumbr Incertidumbre e o error del Instrumento Instrumento 3uando se dice ue un instrumento tienen un 911: de seguridad )asta el más cercano 1,9 unidad, se puede considerar ue éste permite leer con una con#ianza de ; 1,94< es decir ; 1,18 porue la incertidumbre o error máximo del instrumento en el juicio visual del operador será la mitad de la /ltima unidad legible del instrumento' El error máximo puede expresarse en #orma absoluta o relativa por ejemplo, al medir una longitud de 91 cm' con una regla milimetrada com/n es! En la for+' 'ol#(' el error es ; 1,1118 m' ó ; 1,18 cm' ó ; 1,8 mm' es decir la mitad de la mínima unidad legible' 0a lectura sería! 0 = 91 cm' ; 1,18 cm' En la for+' rel'(*' sería!

±

1,1118 1118 1,9

= 1,118

Expresada en porcentaje, 1,8: 0a lectura sería! 0 = 91 cm' ; 1,8: En ambos casos la notación ; designa la incertidumbre o la persona ue la emplea declara el grado de exactitud con ue cree ue )izo la medición' 0os límites de con#ianza son una medida de la precisión de un instrumento o de un ensa&o' "ara los límites de con#ianza se escogen probabilidades de >8: ó >>:' .i la población ? $n/mero de repeticiones es mu& grande%? obedece a una distribución normal & es ma&or de 21 los limites de con#ianza determinados por! $@ ; 9 σ% tienen la probabilidad de contener a las observaciones en AB,C: de los casos' $@ ; 2σ% tienen la probabilidad del >>,>:' 8'< "ropagació "ropagación n de de errores Es la estimación de la incertidumbre de un resultado experimental obtenido con mediciones primeras de varios parámetros' .upóngase ue se realiza un conjunto de mediciones & ue la incertidumbre en cada medición se expresa con las mismas probabilidades! entonces, si se desea estimar la incertidumbre en el resultado #inal calculado en los experimentos, ésta se )ace en base a las incertidumbres de las mediciones primarias'

3





El resultado D es una #unción dada de las variables independientes $x 9, x<, x2, ''''''''''''', xn% & sea D la incertidumbre en el resultado #inal & 5 9, 5<, 52,''''''''''', 5n las incert incertidu idumbr mbres es en las variab variables les indepe independi ndient entes es expres expresada adass con las mismas mismas probabilidades, entonces la incertidumbre en el resultado #inal será! <

ED =

 δD  5    δx9 9

<

 δD   δx<

F

 5 <  

<

F ' '''' '''' F

 δD  5 n  '''''$∅%   δxn 

"or ejemplo, para medir un caudal en volumen se toma una probeta graduada en ml' ml' & un cron cronóm ómetr etro o con con apro aproxi ximac mació ión n al 1,19 1,19 de segu segundo ndo'' 3alc 3alcul ular ar la incertidumbre de las medidas' .iendo el caudal por de#inición! vol $ml $ml'' %

G = G =

caudal en volumen'

t $ seg %

.upóngase ue se midió! ol' = B1 ml' *iempo = A seg' seg' 0os límites de con#ianza de los instrumentos son! ol' = B1 ml' ;

* = A seg' ;

1,8

= B1 ml' ; 1,A<8:

B1

1,118 A

= A seg' ; 1,1B2:

El caudal volumétrico nominal calculado es! G =

B1 = 92,22 ml4seg' A

0a incertidumbre o propagación de errores se calcula con la ecuación anterior $∅% !

∂G = ∂ol ∂ ∂t

= ?

9

= 1,9AA

A

Hol t

=

B1 2A

= ?<,<<

5vol = $B1% $1,11A<8% = 1,8 ml' 5t = $A% $1,111B2% = 1,11C> seg' "or lo tanto la incertidumbre será! EGvo EGvoll

=

,9AA ( 1,9A

x 1,8 1,8)

<



,<<1 x ( ? <,<<1

= 1,1B2A ml = es decir 1,A
4

1,1 1,11C> 1C>)

<





REDACCION DE INFORMES 1.0

INTRODUCCION +o importa cuan brillante sea un ingeniero o un investigador o cuan buenos sus trabajos o experimentos, estos no tienen valor en el anonimato, a menos ue los resultados se )agan de conocimiento a otras personas mediante una in#ormación clara & adecuada' El objetivo de la presente sesión de 0aboratorio está dirigido a mostrar al estudiante un panorama general de como redactar un in#orme, como realizar una presentación & como realizar las grá#icas de apo&o' -dicionalmente se dan instrucciones para la toma de datos del trabajo experimental'

2. 2.00

FINA INALIDA IDAD 8 TIP TIPO DE LOS INFO INFORM RMES ES 0a #inalidad de un in#orme técnico es proporcionar en #orma breve & concisa resultados o in#ormación parcial, por lo general de naturaleza práctica, ue )a sido generada como corolario de un servicio de ingeniería'

2.1

T*po &e llo o I"for+e 0os in#ormes pueden agruparse en tres categorías o tipos! <'9'9

(esc escriptivos n in#orme ue presenta las investigaciones realizadas para localizar un )ospedaje adecuado para los jugadores de la JJ en su campaKa de la 3opa 0ibertadores en Lua&auil, será del tipo descriptivo & mostrará, además además,, de las caract caracterí erísti sticas cas de los )osped )ospedajes ajes & los costos, costos, las condiciones del clima, las costumbres alimentarías, el comportamiento de la población! es decir, el objetivo & la conclusión del in#orme está dirigido al conocimiento conocimiento del medio & el entorno ue podría a#ectar a#ectar el rendimient rendimiento o de los jugadores'

<'9'<

3ualitativos El in#orme ue trata de la construcción del nuevo estadio del .porting 3ristal, el cual contiene detalles sobre las #ormas, las dimensiones, las comodidades, los materiales, & la bondad de los trabajos &, ue mediante sus conclusiones indica la calidad general de éste en #orma apreciativa! es un in#orme cualitativo'

<'9'2

3uanti ntitativos Este tipo de in#orme, in#orme, por ejemplo, ejemplo, estaría constituido constituido por el resultado de las investigacion investigaciones es en un puesto de avanzada avanzada enemigo ue )a caído en nuestras manos & ue )a sido daKado apreciablemente antes de ser abandonado' En este caso el in#orme describirá el estado del puesto, las causas de los daKos, las medidas para restaurarlo, & el costo preliminar de éstos'

5.0 5.0

PLA PLANEAMI NEAMIEN ENTO TO// PRESE PRESENT NTA ACION CION DEL DEL INFO INFORM RME E 8 RECO RECOME MEND NDA ACIONE CIONES S

15




− − − − −


El primer paso consiste en resumir los )ec)os & datos en una sola )oja de papel' 3omparar los )ec)os unos con otros & categorizarlos por importancia' Mantener en mente ue es lo ue se persigue con el in#orme' 3onsiderar como se van a comunicar los )ec)os al lector del in#orme' El /ltimo paso es tomar nota del orden en ue se presentarán los )ec)os'

0a redacción del in#orme debe ser en )oja de tamaKo estándar $#ormato -?C%, escrito por medio electrónico o manuscrito. 9I"&*!'!*3" ' er &'&' por el Profeor: El in#o in#orm rme e debe debe esta estarr corr correc ecta tame ment nte e comp compag agin inad ado o de acue acuerd rdo o al esu esuem ema a recomendado' 0a portada debe ser presentable & debe contener los siguientes datos! a%' a%' b%' b%' c%' d%' e%' e%' #%' g%' )%' )%' i%' i%'

+ombre bre de la instituci ución Facul aculta tad d & Escue scuella -ca -cadé démi micca +ombre del curso +/mero del in#orme *itul tulo del del exp experi erimen mento +ombre bre & apellido del del alumn umno Lrupo +ombr +ombre e & apel apellilido do del pro# pro#es esor or de labo laborat ratori orio o Fec) Fec)a a de inic inicio io & entr entreg ega a del del expe experi rime ment nto o

-l presentar el in#orme se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones generales! 0os in#ormes & documentos técnicos deben ser expresados en modo impersonal' (eben tener orden, pulcritud & pensamientos lógicos' -simismo deben ser concisos, claros & convincentes' 0os in#ormes normalmente tienen las siguientes divisiones principales! a%' *itul *itulo o del del exper experimen imento to b%' b%' Intr Introd oduc ucci ción ón c%' c%' bj bjeti etivos d%' Desume Desumen n del #undam #undament ento o teórico teórico e%' Delación Delación de aparatos aparatos & euipos euipos utilizad utilizados os #%' "roc "rocedi edimie mient nto o seg segui uido do g%' *abla de de datos datos tomado tomado )%' 3álcul 3álculos os realiz realizados ados i%' i%' *abla bla de resul resulta tado doss j%' Lrá#icos & diagramas %' %' 3onc 3onclu lusi sion ones es l%' bserv bservaci aciones ones & recome recomendac ndacion iones es m%' .olución .olución a trabajos o preguntas preguntas adicionales adicionales n%' Nibl Niblio iogr gra#í a#ía' a'

5.1

T*(#lo &el e)per*+e"(o El in#orme debe presentarse presentarse en lo posible, posible, mecano"ra#iado o en manu$crito con buena letra , debe contar con una carátula de presentación, con el titulo de la experiencia, nombre del autor, #ec)a de entrega & grupo de laboratorio'

5.2

I"(ro&#!!*3" Es un breve resumen de los motivos del trabajo'

5.5

O$e(*o .eKala los propósitos del experimento' Estos deben ser precisos & si es necesario deben ir numerados'

11




5. 5.66


Re# e#+e" &el f#"&' #"&'+ +e"(o e"(o (e3 (e3r*! *!o o 3ontiene una breve relación de las principales ecuaciones & técnicas usuales relativas al propósito de la investigación'

5. 5.77

Rel' Re l'!* !*3" 3" &e Ap'r' p'r'(o (o   E# E#*p *po o #(*l #(*l*4 *4'& '&o o (etalla los euipos utilizados con los respectivos códigos de identi#icación, así como como las las limi limita taci cion ones es'' A$imi$mo A$imi$mo%% debe debe a&arece a&arecerr un e$'uem e$'uema a de la di$&o$ici(n de lo$ e'ui&o$ e in$trumento$ durante el e)&erimento*

5.;

Pro!e&*+*e"(o e%#*&o El procedimiento seguido en el experimento debe ser expuesto en #orma clara & concis concisa6 a6 resalt resaltand ando o los pasos pasos mas import important antes es & obvian obviando do si es necesa necesario rio algunos detalles sin importancia'

5.<

T'l' &e &'(o (o+'&o 3ontiene los registros de datos pre#erentemente en los #ormatos preparados adecuadamente & suministrados para cada experimento en particular'

5.=

C,l!#lo rree'l*4'&o En la$ +o,a$ de cálculo$% &ara el &rimer ,ue"o com&leto de dato$% deben a&arecer a&arecer todo$ lo$ cálculo$ e#ectuado$% e#ectuado$% y e$te y lo$ demá$ en una tabla de re$ultado$*

.i en los cálculos de los demás juegos de datos restantes, existiera alguna precisión especial de criterio o de cálculo, debe ser detallado en el in#orme a presentar'

5.>

T'l' &e re#l('&o Desu Desume men n orden ordenad ado o de los los cálc cálcul ulos os e#ect e#ectua uado doss para para todo todoss los los dato datoss del experimento' -l igual igual ue la la *ab *abla la de (atos (atos es indepen independiente diente & debe tener tener un #ormato #ormato o llenado llenado en #ormatos adecuadamente preparados' (ebe mostrar un cálculo típico completo, indicando las derivaciones reueridas para llegar a las ecuaciones de cómputo de los datos'

5.10

Gr,f* ,f*!o !o  D D**'%r '%r'+' (eben estar adecuadamente rotulados, dimensionados, evidencia de una buena presentación' .imbología de#inida grá#ica o matemáticamente, condiciones de valide validezz & sus limitac limitacion iones es de uso' $.eguir $.eguir la recomend recomendaci ación ón del ítem 6.0 de instrucciones generales para el laboratorio%, en el entendido ue en alg/n detalle del in#orme se )ará re#erencia a grá#icos &4o diagramas'

5.11

Co"!l#*o"e .on un breve sumario & tabulación de los resultados obtenidos, con comentarios & sugerencias' 0as conclusiones deben responder a los objetivos planteados para la realización del experimento' (eben ser concisas & convincentes' Es conveniente mencionar ci#ras, re#iriendo a los grá#icos & cuadros para ma&or claridad' -ntes de dar conclusion conclusiones es es necesario necesario analizar analizar los resultados, resultados, cuadros, cuadros, diagramas, modelos matemáticos existentes & valores re#erenciales dados por otras experiencias'

1-





*ener en cuenta los ítem 8'1, '8'9 & '8'< de Instrucciones generales para el laboratorio'

5. 5.12 12

Oe Oer r'! '!*o *o" "e  re!o+ re!o+e" e"&' &'!* !*o" o"e e 0as observ observaci aciones ones & recome recomendac ndacion iones es o sugere sugerenci ncias, as, de existi existir, r, deben deben ser )ec )ec)as )as al expe experi rime ment nto o moti motivvo del del in#or n#orme me,, auí auí se pued puede e prop propon oner er planteamientos para poder mejorar el experimento' .i )a& algunas divergencias o pareceres distintos se puede plantear, sustentando con resultados de discusiones u otros argumentos lógicos'

5.155 5.1

Sol#! Sol#!*o" *o"e e ' (r''$ (r''$o o o pre%# pre%#"(' "(' '&*!*o '&*!*o"'l "'le e El planteamiento de trabajos o preguntas adicionales es opcional & depende su existencia del pro#esor de prácticas de laboratorio' (e existir, su solución #ormará parte del in#orme del experimento realizado'

5.16

B*l*o%r'f?' 0os textos, revistas & otras publicaciones, así como in#ormación consultada en la eb, para elaborar el in#orme, deben aparecer en la bibliogra#ía preparada de acuerdo a las especi#icaciones dadas por la técnica de #ic)aje, es decir! -utor, *itulo del 0ibro, Edición, 0ugar donde se edito, editorial, aKo de edición' 0os autores deben aparecer en estricto orden al#abético' En caso de consulta en la eb! la página o dirección del portal 5eb' 0as re#erencias o notas bibliográ#icas en el in#orme deben ir al #inal, en un apéndice de citas, ordenadas en orden correlativo & de acuerdo a las técnicas de #ic)aje' +o es recomendable emplear citas al pié de página' .on un breve sumario & tabulación de los resultados obtenidos, con comentarios & sugerencias'

6. 6.00

ESTIL STILO OD DE E LA RED REDACCIO CCION N DE DE INF INFORM ORMES "or lo general, el estilo gramatical más #ormal para los in#ormes técnicos es el tiempo pasado pasado en tercer tercera a person persona' a' En ciertas ciertas circuns circunstan tancia ciass puede puede emplear emplearse se la primera primera persona' Ejemplos de los dos estilos! *ercera persona! 0a JJ demostró en el /ltimo clásico ue es el mejor euipo de #/tbol del "er/' "rimera persona! Decomendamos al -lianza ue para la próxima vez ue jueguen un clásico, lo )agan con más garra'

7. 7.00

COM OMO O ESCRI SCRIBI BIR R UN INF INFORM ORME TECNI ECNICO CO Habiéndose planeado el in#orme, asegurándose el orden, se sugiere seguir las siguientes etapas! − − − − − − −

Escribir el in#orme de una sola vez' 0a escritura deberá ser rápida, de acuerdo a como vengan las ideas' Evitar de corregir #rases inmediatamente después de escribirlas' 3orregir las ideas en una segunda vuelta' (eberá cuidarse de mantener un balance adecuado entre las secciones del in#orme' 3riticar el in#orme desde el punto de vista del lector' 0as conclusiones deben satis#acer el objetivo planteado & no deberán excederse de o ue se menciona en la introducción'

1





n in#orme bien escrito debe ser breve, conciso & lógico, debe permitir al lector enterarse de los )ec)os con claridad & con mínimo es#uerzo'

@ELOCIDAD TERMINAL DE PARTICULAS 1.0

INTRODUCCION na partícula sólida introducida en el seno de un #luido en reposo, por e#ecto de la gravedad inicia un movimiento de asentamiento o descenso, ue depende de las relaciones entre las densidades de la partícula & del #luido'

2.0

OBJETI@O El objetivo del laboratorio es observar el comportamiento de las partículas o sedimentos, en la determinación experimental de la velocidad terminal de partículas en aguas uietas, así como la velocidad teórica, usando criterios correspondientes al caso'

5.0

BRE@E PR PRINCIPIO TE TEORICO 0a determinación de la velocidad de caída posee numerosas aplicaciones en la ingeniería civil, como por ejemplo, en el diseKo de desarenadores, ue son estructuras cu&a #unción es retener o atrapar los sedimentos' El material transportado por las corrientes de agua posee e#ectos perjudiciales! disminu&e el área de paso de los conductos, enarena las tierras de cultivo, impactan en los alabes de las turbinas produciendo su abrasión' .toes supuso ue para el caso de una es#era inmóvil, de diámetro (, situada en una corriente cu&a velocidad uni#orme es igual a  , para n/meros de De&nolds peueKos e in#eriores a la unidad, es posible despreciar los términos de inercia #rente a los de viscosidad llegando a establecer la expresión de la resistencia al avance de una es#era en el seno de un #luido!  D  , 6 ( ρ 7 ρ ) ⋅ g  ) a 13µ   

  , g (

'

OOOOOOO'' $9%

elocidad terminal o caída de las partículas (ensidad de las partículas sólidas & del agua Lravedad (iámetro de las partículas iscosidad dinámica del #luido

0os limites de aplicación aplicación de la expresión expresión son! < µm P ( P 81 µm'

$µm = micra%

0amentablemente las limitaciones de la expresión de .toes le dan a este cálculo un rango de aplicación mu& escaso' En la práctica, para la determinación de la velocidad terminal de una partícula se recurren a otras relaciones relaciones empíricas, empíricas, sin embargo, embargo, lo más recomendab recomendable le es proceder proceder experimenta experimentalment lmente' e' 0a velocidad velocidad experimental experimental se determina determina relacionando relacionando la distancia distancia H recorrida H recorrida por la partícula & el tiempo ( ue ( ue tarda' er #igura +Q 9'

Ve

=

H

OOOOOOO' O$<%

%

1/





H

B) A) Tubo de acumu acumula lación ción visua visuall

Muestras de solidos correspondiente a diferentes tamices

F*%#r' N 1

6.0

EUIPO DE TRABAJO − − − −

7.0

*ubo para observación de velocidades de caída' er #igura +Q 9 -% *ermómetro 3ronómetro Muestras de partículas de granulometría seleccionada' er #igura +Q 9 N%

PROCEDIMIENTO 7.1

PROCEDIM DIMIENTO DE LA LABORAT RATORIO a' b' c' d'

eri#ica eri#icarr el estado estado & la puesta puesta en JceroJ de los los instrume instrumentos' ntos' bserv bservar ar la preci precisió sión n de la medid medida a de los los instrum instrument entos' os' Degi Degist stra rarr la tempe tempera ratu tura ra del del agua agua'' Establecer Establecer el el tramo $RHS% $RHS% en en el tubo, tubo, para la la cuenta cuenta del tiempo tiempo de caída, caída, ue ue demore, demore, en el recorrido, las partículas de cada muestra' er #igura +Q 9' e' *omar de las las mues muestr tras as de los sóli sólido doss algu alguna nass part partíc ícul ulas as & colo coloca carl rlas as sobre sobre la super#icie liuida con muc)o cuidado para no in#luir en el descenso de los corp/sculos' -notar -notar el tamaKo tamaKo ( & el tiempo tiempo de de caída' caída' #' .eguir .eguir el proce procedim dimien iento, to, para para cada cada tamaKo tamaKo de partíc partícula ulass por lo menos menos tres tres veces, veces, luego cambie el tamaKo de éstas' g' 3ambiar 3ambiar la la tempera temperatura tura del agua agua & repetir repetir el proced procedimien imiento' to' 7.2

PROCEDIMIENTO DE DE GA GABINETE a' b' c'

3alcul 3alcule e las velocida velocidades des de caída caída experime experimenta ntales les con la ecuació ecuación n $<%' 3ompute 3ompute el n/me n/mero ro de De&n De&nol olds ds de la part partíc ícul ula a con con la visc viscos osid idad ad corr corres espo pond ndie ient nte e a la temperatura del agua registrada' 3on la la ecuación ecuación de .toes .toes $9% $9% determi determinar nar las velocida velocidades des de de caída caída teóricas' teóricas' Depres Depresent entar ar grá#i grá#icam cament ente e la relaci relación ón S( S( vs eS experimental & S( vs R teórica sobre el grá#ico adjunto'

10




;.0


DATOS 8 SU PR PRESENTACION .eg/n indicaciones del Ttem 2?U de redacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n procedimiento deben ser registrados en #ormato similar a la *abla *abla +Q 9' H= T'l' N 1 Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o @elo!*&'& @elo!*&'& Ter+*"'l &e P'r(?!#l' Ensa&o +Q

*amiz +Q

*amaKo *amaKo de partículas ( $m%

* $seg% t<

t9

t2

*iempo prom' $seg%

*emp' Q3

9 < 2 C 8

<. <.00

CALC CALCUL ULOS OS 8 PRES PRESEN ENT TACION CION DE LOS LOS RES RESUL ULT TADOS DOS & de experimentos de er Ttem 2'B & 2'> de redacción de in#ormes, complementar con el Ttem 2.0 & de laboratorio de Mecánica de Fluido & Ingeniería Hidráulica, & los resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +Q <' T'l' N 2 Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o @elo!*&'& Ter+*"'l Ter+*"'l &e P'r(?!#l' P 'r(?!#l' Ensa&o +Q 9 < 2 C 8

=.0

*amaKo *amaKo de partículas (

e $m4s%

t $ms%

De

CONCLUSIONES En base a los datos, cálculos & grá#icos ue sirven de sustento para comprobar el principio teórico, establezca las conclusiones pertinentes, seg/n las indicaciones del ítem 2'99 de RDedacción de In#ormesS'

>.0

CUESTIONARIO 9'

Encontrar Encontrar la la velocidad velocidad limite limite de una es#era es#era de diámetro diámetro (=1'B (=1'B mm & densidad densidad media media  = 92'A gr4cmV, ue cae en el aire de densidad ' = 9'
<'

Encontrar Encontrar la velocid velocidad ad límite límite de la misma es#era es#era,, ue cae en agua agua con viscosid viscosidad ad igual igual a 9'9C x 91?2 + s4m < & densidad de >>>'9 Wg4m2'

1





Gr'f*!o N 1

12





COEFICIENTES DE CORRECCION DE CORIOLIS 8 BOUSSINES 1.0

INTRODUCCION 3omo un resultado de la distribución no uni#orme de velocidades sobre la sección de un canal, la altura o carga de velocidad de escurrimiento en un canal abierto es en general mas grande ue el valor calculado a partir de la ecuación de continuidad, G = -, por lo ue aparecen unos coe#icientes de corrección de 3oriolis $α% & Noussines $β%'

2.0

OBJETI@O (ete (eterm rmin inar ar expe experi rime ment ntal alme ment nte e los los coe# coe#ic icie ient ntes es de corr correc ecci ción ón de 3ori 3oriol olis is & Nous Noussi sine nes s correspondientes al #lujo a través de un conducto abierto'

5.0

BRE@E FUNDAMENTO TEORICO −

El Coef*!*e"(e &e Cor*ol* 0a carga de velocidad en una corriente #luida, calculada mediante la velocidad media como H

<

, es menor menor ue su verdad verdadera era magnitud magnitud,, como como una consecue consecuenci ncia a del e#ecto e#ecto de las

propiedades del #luido & la rugosidad de las paredes, ue se mani#iestan en una distribución de velocidades en #orma desigual a lo largo de un eje normal a la dirección del #lujo6 el valor real se obtiene mediante un #actor , conocido conocido como coe#iciente de corrección corrección de 3oriolis , de la #orma #orma α

H

<

6 en canales arti#iciales de sección regular α varía entre 9,12 & 9,2A'

tiene tiene valore valoress más altos para canale canaless peueK peueKos os & más bajos para para canale canaless de gran gran pro#undidad6 igualmente, el tipo de régimen a#ecta su valor6 para el #lujo laminar, en ciertos casos toma un valor igual a < & para el #lujo uni#orme se le considera igual a 9'

α

=

∫ ν2 d-

G -

2

H -

6

α

∑ νi2 ∆ - i

=

2

H -

= 3audal = -rea

elocidad media elocidad puntual

= $%, =

H =

$ ν %

cu&os valores comunes son! *ipo de canal -rti#iciales +aturales o ríos Díos de planicie .ección compuesta −

α

9'91 9'<1 9'U8 <'91

El Coef*!*e"(e &e Bo#*"e

13

G -

OOOOOO''' $9%





El cálculo de la cantidad de movimiento de una corriente #luida también se ve a#ectada por la distribución desigual de velocidades en la sección normal al #lujo, la corrección debe realizarse por medio del #actor de corrección de Noussines  Noussines  , β$ρX-%' para canales prismáticos tiene valores entre 9,19 & 9,9<6 comparado con el 3oe#iciente de 3oriolis' α Y β'

β

=

∫ ν< d<

6

β

H -

=

∑ νi< ∆ - i <

H -

OOOOOOOO $<%

los valores comunes son! *ipo de canal

β

-rti#iciales +aturales Díos de planicie .ección compuesta

9'18 9'9U 9'<8 9'U8

n cálculo aproximado de los valores de los coe#icientes α & β puede obtenerse, utilizando las expresiones siguientes! α = 9  2ε< ? <ε2 β = 9  ε<

(onde!

ε =

Hmax H

? 9

max' = elocidad máxima  = eloci locida dad d medi media a 6.0


7.0

3anal de pendiente variable &4o modelo )idráulico Microcorentómetro u otro euipo $tubo de pitot%, cu&a operación debe ser indicado & demostrado por el pro#esor 3ronómetro inc)a

PROCEDIMIENTO 7. 7.11

PROC PROCED EDIIMIEN MIENT TO EN LA LABORA BORAT TORIO RIO −

eri#icar eri#icar la puesta a cero de todos los instrumentos instrumentos & el euipo de trabajo'

−

.eleccionar la sección de pruebas & el caudal del ensa&o'

−

Establ Establece ecerr el #lujo #lujo & espera esperarr un tiempo tiempo su#ici su#icient ente e para para buscar buscar el euili euilibri brio o del #uncionamiento del euipo $respuesta de los euipos%' *omar *omar datos del caudal & medir el tirante en la sección seleccionada'

− −

7. 7.22

.eguir las instrucciones del pro#esor respecto al uso del euipo seleccionado con la #inalidad de medir las velocidades a di#erentes pro#undidades'

PROC PROCED EDIIMIEN MIENT TO DE GAB GABINET INETE E

14





0os cálculos de gabinete deben realizarse siguiendo las indicaciones del pro#esor del grupo de 0aboratorio' Lrá#icar en un sistema de ejes, los valores de J7J & las velocidades calculadas, para obtener así la curva de distribución de velocidades' ;.0

DATOS 8 SU PR PRESENTACION (eben realizarse siguiendo las indicaciones del pro#esor de laboratorio, teniendo en cuenta el ítem 2'U de Dedacción de In#ormes'

<.0

CALC CALCUL ULOS OS 8 PR PRESEN ESENT TACION CION DE RESU RESUL LTADOS DOS (eben realizarse siguiendo las indicaciones del pro#esor de laboratorio' *eniendo en cuenta el ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica'

=.0

CONCLUSIONES En base a los datos, cálculos & grá#icos ue sirven de sustento para comprobar el principio teóric teórico, o, establ establez ezca ca las conclu conclusio siones nes pertin pertinent entes, es, seg/n seg/n las indica indicacio ciones nes del ítem ítem 2'99 2'99 de RDedacción de In#ormesS'

>.0

CUESTIONARIO −

.i la envolvente de la curva de distribución de velocidades #uera una línea vertical Z3uales serían los valores de α & β[

−

tilizando la ecuación

v ? v v∗

= 8'U8 log

& sobre este plotee los datos experimentales' v∗ =

gD.

$elocidad de corte%

D = Dadio medio )idráulico

-5

 &     D 

F < '8 '8

)aga el grá#ico respectivo





FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE 1.0

INTRODUCCION El #lujo dentro de un canal se origina por e#ectos de la gravedad ue act/a en el sentido de la pendiente del canal' El #lujo uni#orme es una condición de euilibrio ue tiende a producirse cuando el canal es lo su#icientemente largo & tiene! pendiente, sección transversal & rugosidad constante' 0a relación de las #uerzas de inercia con las de gravedad, nos da el +/mero de Froude, ue de#ine el tipo de régimen de #lujo en el canal'

2.0

OBJETI@O 0a práctica del laboratorio, o#rece la posibilidad de observar los di#erentes regímenes de #lujo ue se presenta en una conducción a super#icie libre & realizar la medición de velocidades, empleando #lotadores'

5.0

BRE@E PR PRINCIPIO TE TEORICO El n/mero adimensional de Froude es el parámetro ue indica rápidamente las condiciones de escurrimiento de un #lujo en una canalización a pelo libre'

F



=

OOOOOOOOOOO'' $9%

g &

en donde! F P 9 indica régimen lento o de río F Y 9 indica régimen rápido o de torrente F = 9 régimen crítico crítico  ! 7 ! g !

es la velocida idad media del #lujo ujo es la pro# pro#un undi dida dad d o tira tirant nte e )idr )idráu áulilico co del del #lu #lujo jo la aceleración de la gravedad'

n método sencillo & práctico de a#oro de una corriente consiste en el uso de #lotadores, ue permiten medir la velocidad super#icial .' "ara determinar la velocidad media del #lujo , se puede emplear la #ormula de Nazin! H.

H =

9 F 9C b

b

 . D α & β

= = = =

=

α

F

OOOOOOOOOO' $<%

β

' OOOOOOOOOO$2%

D

elocidad media de #lujo elocidad super#icial Dadio )idráulico, en metros 3oe# 3oe#ic icie ient nte e ue ue varí varían an seg/ seg/n n la natu natura rale leza za de las las pare parede dess

-1





DESCRIPCION 3anales de paredes mu& lisas 3anales de pares lisas 3anales con paredes poco lisas 3anales con paredes de tierra 3anal anales es & ríos ríos con con #ond #ondo o de guija uijarr rros os & grav gravas as 3anales en tierra con vegetación

6.0

1'11111C8 1'1111922 1'1111A 1'11128 1'11 1'111U 1U 1'111U

EUIPO DE TRABAJO 3anal de pendiente variable inc)a' 3ronómetro Flotadores

− − − −

7.0

1'11198 1'1119> 1'111

PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O EN EN EL EL LABO LABORA RAT TORIO ORIO − − − − − − −

7. 7.22

*omar *omar nota de las características de la sección por la ue discurrirá el #lujo' (eterminar las secciones de control & la distancia L ue L ue las separa' bservar el movimiento del #luido' (eterminar el caudal de prueba' Medir el tiempo ue tarda los l os #lotadores, en el recorrido L recorrido L'' Medir la pro#undidad de escurrimiento del agua' Depetir la experiencia seis veces, variando el caudal de prueba en cada caso'

PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O EN EN EL EL LABO LABORA RAT TORIO ORIO 3on los datos obtenidos, usando los criterios & ecuaciones correspondientes indicadas, determinar la elocidad super#icial RsS, velocidad media RS & el n/mero de Froude RFS'

;.0

DATOS 8 SU PR PRESENTACION .eg/n ítem 2'U de Dedacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n el procedimiento, deben ser registrados en un #ormato similar a la tabla +\ 9' 0= θ $]ngulo ue #orma el #ondo del canal con la )orizontal% =

T'l' N 1 Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o Fl#$o !o"f*"'&o o !o" #perf*!*e l*re Ensa&o +Q

G $m24)%

*irante R&S $cm%

9 < 2

--

* $seg% t9

t<

t2





C 8 A <. <.00

CALC CALCUL ULOS OS 8 PRE PRESEN SENT TACION CION DE RESU RESUL LTADOS. DOS. er ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica' 0os resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +\ <' T'l' N 2 Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o Fl#$o !o"f*"'&o o !o" #perf*!*e l*re Ensa&o +Q

G $m24)%

R&S $cm%

* $seg%

D $m%

s $m4s%

 $m4s%

F +Q de Froude

Dégimen de #lujo

9 < 2 C 8 A

=.0


-





COEFICIENTES DE RESISTENCIA EN CONDUCTOS ABIERTOS 1.0

INTRODUCCION 0a pérdida de energía del #lujo en conductos abiertos, naturales o arti#iciales es una preocupación constante de la ingeniería & )a sido estudiada por di#erentes investigadores' Manning & 3)ez& son los autores más reconocidos ue )an propuesto expresiones para el cálculo de las velocidades velocidades de corrientes, corrientes, en los cuales #iguran coe#icientes coe#icientes o #actores #actores de corrección corrección " & C ue tratan de estimar la resistencia de las rugosidades al paso del #lujo'

2.0

OBJETI@O El presente 0aboratorio está orientado a determinar el valor de los coe#icientes " de Manning & C de 3)ez& en #orma experimental'

5.0

BRE@E PR PRINCIPIO TE TEORICO n 3anal es un dispositivo para transportar líuidos' El movimiento del líuido se realiza por acción de la gravedad, gracias al desnivel del #ondo del canal' 0a presión en la super#icie libre del líuido es cero6 es decir tan solo act/a la presión atmos#érica' 0as seccio secciones nes de canale canaless pueden pueden ser rectan rectangul gulare ares, s, trapec trapecial iales, es, triang triangula ulares res,, parabó parabólic licas, as, circulares, compuestas & en general de cualuier #orma geométrica' En tuberías el parámetro geométrico básico para diseKo es el diámetro, mientras ue en canales el parámetro geométrico básico para diseKo es el radio )idráulico' RD)S' 0os canales canales,, por lo general general se diseKa diseKan n para para #lujo #lujo permanen permanente te & uni#or uni#orme, me, esto es ue las características del #lujo en un punto no varían con el tiempo, además la pro#undidad, pendiente, velocidad & sección recta permanecen constantes' En otras palabras se cumple la ecuación de continuidad' "ara el diseKo de este tipo de canales la #ormula mas utilizada es la de Manning, ue no esotra cosa ue una modalidad de la ecuación de 3)ez&' 3)ez&' Ecuación de Manning! V

=

1 n

-

R H .S

1 -

OOOOOOOOO $9%

Ecuación (e 3)ez&! V

=

C

R

H

S

OOOOOOOOO $<%

(onde!  n DH . 3

! ! ! ! !

elocidad $m4s% 3oe#iciente de rugosidad de Manning' Dadio )idráulico "endiente )i )idráulica 3oe#iciente de rugosidad de 3)erz&

3ada contorno tiene su aspereza & rugosidad  & depende del material del ue esta ec)o & de su estado de conservación, así por ejemplo una tubería de concreto es más rugosa ue una de acero, un canal de tierra es más rugoso ue un canal de cobre' .i se podría ver con una lupa de aumento el contorno de una tubería o canal veríamos algo así mostrado como la #igura +Q 9'

-/





F*%#r' N 1 Apere4' &el !o"(or"o

0a aspereza tiene di#erentes #ormas & tamaKos6 dan lugar a peueKas corrientes secundarias & producen una condición en el escurrimiento del #lujo' 0a in#luencia del valor de  depende  depende del tamaKo del conducto, radio de cualuier tubería o tirante en el caso de canales' (eterminar cual es la rugosidad es un problema di#ícil' Existe tablas & grá#icos, pero la /ltima instancia, el #actor principal es la experiencia del ingeniero, luego se debe tener encuentra los estudios de cómo varia la rugosidad con el tiempo' "ara identi#icar la calidad )idráulica del conducto se relaciona el valor de la rugosidad absoluta $% con el espesor espesor de la subcapa laminar  , dic)o de otro modo6 una característica geométrica con una )idráulica' .e dice ue los conductos son )idráulicamente lisos cuando!  ≤ 1'Cδ

& lo euivalen aproximadamente a!

U∗ 8

ν

≤

0

OOOOO' $2%

.e dicen ue los conductos son )idráulicamente rugosos cuando!  ≥ Aδ

& lo euivalen aproximadamente a!

U∗ 8

ν

≥ 25

OOOO' $C%

donde! ∗ ν



elocidad elocidad de corte iscosidad 3inemática Dugosidad -bsoluta del conducto

.e dice ue los conductos son )idráulicamente en transición, cuando están entre los límites de los dos anteriores' R#%o*&'& Co+p#e(' en Co+p#e(' en un canal puede estar constituido de di#erentes materiales, en este caso )abrá dos valores para el coe#iciente de rugosidad uno para el #ondo # ondo & otro para las paredes'

-0





F*%#r' N 2 En la #igura +Q < se muestra características de un canal de rugosidad compuesta, si cada uno tiene un coe#iciente de rugosidad de utter, entonces el problema es )allar el valor de RnS ue sea representativo, con la ecuación $2%'

. .

P n + P n  11 - n=  P    . -

-

OOOOOOOOOOO $8%

Gr'f*!' N 1 Coef*!*e"(e C &e C-e4

6.0

EUIPOS DE TRABAJO − − − −

3anal de "endiente variable 3ronómetro *ermómetro 0imnímetro

-




−

7.0


Dotámetro

PROCEDIMIENTO 7.1

PROC PROCE EDIMIENTO DE LABORAT RATORIO − − − − −

7.2

(isponga el canal con una pendiente R.S & determínela' -limente -limente el canal con caudal caudal G9, mediante el sistema de suministro' s uministro' Halle el caudal mediante método volumétrico o por lectura del rotámetro' 9: de la sección del canal & la pro#undidad del agua' Mida el anc)o 9: de Manteniendo la misma pendiente, repetir el proceso para di#erentes caudales, seg/n indiue el pro#esor del laboratorio'

PROCEDIMIENTO DE GABINETE sando sando las ecuaci ecuacione oness corres correspon pondie diente ntess expues expuestas tas en el breve breve princi principio pio teóric teórico, o, determinar el tipo de conducto & los coe#icientes de Manning & 3)ez&'

; .0

DATOS 8 SU PRESENTACION .eg/n ítem 2'U de Dedacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n el procedimiento, deben ser registrados en un #ormato similar a la tabla +\ 9' θ =

. = tag θ b=

9

θ

F*%#r' N 2 T'l' N 1 Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o Coef*!*e"(e &e re*(e"!*' e" !o"&#!(o '*er(o Ensa&o +Q 9 < 2 C 8 A

<. <.00

G $m24)%

CALC CALCUL ULO O 8 PRE PRESE SENT NTA ACION CION DE RESU RESUL LTADOS DOS

-2

*irante R&S $cm%





er ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica' 0os resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +\ <'

T'l' N 2 Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o Fl#$o !o"f*"'&o o !o" #perf*!*e l*re Ensa&o +Q

G $m24)%

R&S $cm%

$m<%

" $m%

D) $m%

∗ $m4s%

U∗ 8

3

n

ν

9 < 2 C 8 A

=.0


>.0

CUESTIONARIO 3ompa 3ompare re sus valore valoress de los coe#ici coe#icient entes es obteni obtenidos dos experi experimen mental talmen mente te con los deriva derivados dos de #órmulas empíricas de por lo menos tres autores' Z 3uál es el tipo del #lujo de la práctica, en cada caso [ .iguiendo el procedimiento ue se detalla a continuación prepare un +omograma para el calculo de la expresión de 3)ez& para el canal del 0aboratorio' 0a ecuación tiene la #orma! H=3

D.

"uede escribirse en logaritmos como! ^ log .  ^ log D  log 3 = 0og  Introduciendo una cantidad auxiliar , se puede escribir! ^ log .  ^ log D = 

$9%

luego,   log 3 = 0og 

$<%

"ara la ec' $9% se puede elaborar un nomograma con las escalas! x = m9 $ ^ log . %

-3





& = m< $ ^ log D % z = m2  0os valores de la pendiente S de la inclinación del canal, estarán dados por el ángulo de trabajo del canal él ue puede tomar valores comprendidos desde próximos a cero )asta 2Q respecto a la )orizontal' . = 1,11< 1,11< a 1,18' 1,18' R es el radio )idráulico ue se calcula como #unción de &, pudiendo variar éste, desde 1,19 m' )asta 1,<8 m' & el valor constante de N = 1,2 m' $anc)o del canal%' .í escogemos m9 = 91, la ecuación de la escala . es! x = 8 log . & sí escogemos m< = 91, la ecuación de la escala D es! & = 8 log D 0uego, m2

m9 m<

=

( m9

F m<

= 8

)

0as ecuaciones de las escalas son! x = 8 log . & = 8 log D z = 8 3onstru&endo los ejes ) ejes ) e e  en #orma vertical a cualuier distancia conveniente de separación entre ellas, ellas, pudiendo ser <1 cm! el eje 4 debe dividir esta distancia en la razón +1  + 2  1  1 , & por tanto 4 se traza a la mitad de la distancia entre los ejes ) ejes ) e e ' +o necesita marcarse la escala ' "ara continuar la construcción del diagrama debe trabajarse la segunda ecuación $<%' 0as escalas son! x = m2  a = mC log 3 b = m8 log  sando la misma escala de  anterior, anterior, así, así, m2 = 8, & si también escogemos mC = 8, luego! m8

=

m mC

( m2

2

 mC

)

= <,8 <,8

0as ecuaciones de escala son! z = 8 a = 8 log 3 b = <,8 log  El eje ' debe construirse a cualuier distancia conveniente, podría ser <8 cm' del eje 4' 0as graduaciones de la escala 3 pueden comenzar donde uiera a lo largo del eje '6 por simetría, se puede colocar la escala en el medio de las &a construidas' El eje  debe dividir la distancia entre los ejes 4 & ' en la razón +5  + 6  1  1 , & se traza en medio de ellos' btenemos un punto inicial para la escala  )aciendo un un sólo cálculo! así, cuando . es un valor de los obtenidos en la práctica práctica & D el valor correspondiente, corta al eje  en un punto ue debe unirse con el valor de 3 en el eje a = 8 log 3, obteniéndose un valor de  en el eje b = <,8 log '

-4





PRDIDA DE CARGA EN CONDUCCIONES A PRESION 1 .0

INTRODUCCION En el tratamiento de la )idráulica de tuberías, se acepta ue las pérdidas de energía en un conducto a presión pueden ser de dos tipos! la originada por los accesorios &, la producida por la #ricción entre el #luido & las paredes, la /ltima es el tema de la práctica del presente laboratorio'

2 .0

OBJETI@O btener btener experimentalme experimentalmente nte los coe#icientes coe#icientes de #ricción de (arc& en una tubería & realizar realizar la comparación analítica con la bibliogra#ía conveniente'

5 .0

BRE@E PRINCIPIO TEORICO 0os #luidos reales, tanto en #lujo laminar como en turbulento, se considera ue pueden ser de dos clases! a% 0ibr 0ibres es o exter xterno nos, s, pudi pudien endo do en este este caso caso expa expand ndir irse se sin sin par paredes edes con# con#in inan ante tess comportándose como sueltos en un medio cuasi continuo sin resistencias, b%

Interiores Interiores o con#inad con#inados os son son auello auelloss limitado limitadoss por paredes6 paredes6 en la la ue act/an act/an conjunta conjuntamente mente con los e#ectos viscosos, el estado del regímen del #lujo & la rugosidad, dando lugar a la #ormación de una caída de presión en el sentido del #lujo'

(e acuerdo a las características del material de las paredes con#inantes & las del #lujo, se admite ue se revelan tres tipos de regímenes respecto a la rugosidad de las paredes' "ared )idráulicamente lisa, sí

ε

Hidráulicamente rugosa, sí

ε

∗ ν

U

U∗

: 0 ; 25

ν

En transición, sí

0

≤

donde,

ε

U

<

ν

≤ 25

ε

!

es la ru rugosida sidad d ab absoluta de del ma material de de la las par pare edes

_

!

la velocidad de corte de#inida !

ν

! ! !

es la viscosidad cinemática del #luido es el Dadio Hidráulico es#uerzo cortante

ρ

!

.

!

densidad del #luido pendiente de la línea de energía

DH

τ

I∗

=

τ ρ

=

g DH .

0os trabajos trabajos de Henr& (arc& permiti permitieron eron deducir deducir una una expresión expresión para para obtener obtener la caída caída de presión, por e#ecto de la rugosidad, en un ducto con #luido con#inado $er #igura + ° 1), en la #orma siguiente!

5





"

=

6 =

L V

-

OOOOO'''''''''

D -g

$9%

donde, )# ! # ! 0 ! ( !  ! g !

es la di#erencia de presiones, en columna de agua es llam llamad ado o el el coe coe#i#ici cien ente te de rugo rugosi sida dad d o de #ric #ricci ción ón de (arc (arc&& es la la lo longitud de de la la tu tubería en en ob obser servació ación n' es el diámetro de la tubería es la velocidad media la gravedad

R

%

% #$

Manómetro diferencial

Lo

Lnea de altura Pie!om"trica A$ua

P1/γ P2/γ

1

2

L1&2

BA'() *+ T,B+R-A.

0i 0o

#

ertedero

F*%#r' N 1

−

−

El valor del coe#iciente # es incierto & necesita de un trabajo experimental experimental para cada caso6 sin embargo es posible un cálculo mediante relaciones especiales o diagramas preparados como a&udas para estos casos, así como también )a& métodos métodos numéricos ue dan buenas aproximaciones teóricas' *ambién existen di#erentes expresiones semi?empíricas de cálculo de #, para tuberías lisas, rugosas, en #lujo laminar, turbulento, turbulento plenamente desarrollado o no, & para di#erentes tipos de tuberías & condiciones de #lujo' Entre las numerosas expresiones semi?empíricas podemos mencionar las siguientes!

': # =

Po*e#*lle AC De

donde D e =

H(

υ

$+/mero de De&nolds%

válida para tubos lisos o rugosos & #lujo laminar :

Bl'*#

1




#


1'29AC =

De

De P 2 x 918

6

1'<8

válida para tubo lisos en la zona de transición o turbulenta !:

N*#r'&e 9 #

=

? < log

 De #    6  <'89 

<'2 x 91C

≤

De

2'C x 91A

≤

para tubos lisos o rugosos en la zona de transición o turbulenta

&:

Coleroo  K-*(e 9

=

#

 ε ? < log  (   2'U9

  #  

<'89



De

para tubos rugosos en la zona de transición o turbulenta −

0a ecuación $ 9 % puede escribirse de #orma general de la manera siguiente! ) = W 0  n . =

En la #orma logarítmica!

) 0

''''''''' $ < %

= WH

n

log . = log W  n log 

0a cual se puede grá#icar en un papel logarítmico para presentar los valores de RWS & RnS' Igualando $ 9 % & $ < % se obtiene! #

6 .0

H

(

= W0H

n

de donde se obtiene R#S


7 .0

<

0

Nanco de tuberías Manómetro di#erencial ertedero ertedero triangular *ermómetro

PROCEDIMIENTO 7.1

PROCEDIM DIMIENTO EN LA LABORAT RATORIO RIO − − − − − −

7 .2

Establecer un #lujo en una de las tuberías Medir con el vertedero 0o & 0i $#igura +Q 9% Degistrar la temperatura Medir la distancia 0 entre las tomas de presión & leer el manómetro' Establecer la lectura manométrica Depetir todos los pasos con siete caudales di#erentes' PROCEDIMIENTO DE GABINETE

-




− − − − −

; .0


btenga la velocidad media con el caudal & el área interior del tubo6 con la viscosidad & el diámetro del tubo obtenga el valor del n/mero de De&nolds 3alcule la di#erencia de presiones, entre las dos tomas, en columna de agua' En la ecuación de (arc& reemplace los valores de 0, (, X, g &, ) $di#erencia de presiones en columna de agua%6 obtenga el valor de # experimental' 3ompar 3ompare e el valor valor experime experimenta ntall de # con los ue pueda obtene obtenerr median mediante te el diagrama de Mood& & otras ecuaciones .obre el diagrama de Mood& grá#iue sus datos experimentales'

DATOS 8 SU PRESENTACION .eg/n ítem 2'U de Dedacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n el procedimiento, deben ser registrados en un #ormato similar a la tabla +\ 9' L = (istancia entre los puntos de toma de presión L = *emperatura de agua $Q3% = (iámetro de la tubería = T'l' N 1 Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o Per&*&' &e !'r%' e" !o"&#!!*o"e ' pre*3" Ensa&o +Q

0i $cm%

0ectura del manómetro Damal (er' Damal Iz'

HHg = D' Iz' ? D' (er' $m%

H = 0o ` 0i $cm%

G $lt4min%

9 < 2 C 8 A G 0o 0i H

<. <.00

! ! ! !

3audal de la curva de calibración del vertedero 0ectura de re#erencia en el vertedero 0ectura en el vertedero -ltura del agua sobre le cresta del vertedero

CALC CALCUL ULOS OS 8 PRES PRESEN ENT TACION CION DE RESU RESUL LTADOS. DOS. er ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica' 0os resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +\ < &
G $m24)%

 $m4s%

De

∗ $m4s%

9 < 2 C



U∗ 8

ν

*ipo de #lujo

*ipo de conducto cto





8 A

T'l' N 2' Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o Per&*&' &e !'r%' e" !o"&#!!*o"e ' pre*3" Ensa&o +Q

G $m24)%

 $m4s%

De

#

#

#

$Ec' de (arc&%

$-baco de Mood&%

$Ec' semiempericas%

9 < 2 C 8 A

= .0


/





0





ENERGIA ESPECFICA 1.0

INTRODUCCION 0a de#inición de Energía Especí#ica #ue introducida por Noris -' Nacmette## en 9>9< & mediante su consideración se pueden resolver los problemas más complejos de transiciones cortas en las ue ue los e#ecto e#ectoss de rozamie rozamiento nto son despre desprecia ciable bles' s' El concep concepto to de Energí Energía a Especí Especí#ica #ica se aplica aplica a condiciones de #lujo uni#orme & permanente p ermanente &, para canales con inclinaciones menores a 8Q

2.0

OBJETI@O El objetivo de la práctica consiste en determinar experimentalmente la curva  vs  vs E $tirante energía especí#ica% del #lujo en un canal rectangular'

5.0

vs

BRE@E FU FUNDAMENTO TE TEORICO 0a energía del #lujo en una sección cualuiera de un canal se de#ine como! E = & 

α

H

<

'''''''''''

$9%

(onde! E = energía & = tirante α = coe#iciente de 3oriolis  = velocidad media del #lujo .i se considera

 1 & se tiene en cuenta la ecuación de de continuidad! H

=

G -

(onde! G = caudal - = área Deemplazando valores en la ecuación $ 9 % se obtiene! E.

=

& 

G

<

<

''''''''''''

$<%

.iendo - = b& $b = anc)o anc)o del del canal% canal% 0a energía especí#ica seg/n la ecuación ecuación $ < % es entonces #unción del caudal  & del tirante ' .i se considera el caudal constante & se )ace variar el tirante, se obtienen valores de  vs ES' Estos valores se pueden llevar a un grá#ico obteniéndose la curva de energía especí#ica a caudal constante, la cual posee las siguientes características! 0a curva es asintótica al eje )orizontal & a una recta inclinada a C8Q6 & posee < ramas & un valor mínimo de la energía'







F*%#r' N 1 "ara un mismo valor de ES existen < valores posibles del tirante del escurrimiento, los cuales son 1 e 2, ue se denominan tirantes alternos' -l tirante tirante correspondi correspondiente ente a ES+*". se le llama tirante tirante crítico crítico & a la velocidad correspo correspondien ndiente, te, velocidad crítica6 tratándose de un canal rectangular se puede demostrar ue el tirante crítico es igual a! =

&3

.iendo



2



<

OOOOOOO'' $2%

g

=

G b

el caudal unitario

-sí mismo, mismo, la elocid elocidad ad crítica! crítica! H3 = −

.i

&9 P &3

entonces el #lujo corresponde al estado supercrítico, es decir, F9 =

−

.i

&< Y &3

g &9

Y 9

H<

P 9

g & <

EUIPO _1 _9 _< _2

7.0

H9

el #lujo será subcrítico &, F< =

6.0

g &3

3ana 3anall de pend pendie ient nte e vari variab able le'' 0innímet metro' Dotámetr metro o' inc)a'

PROCEDIMENTO 7. 7.11

PROCED PROCEDIM IMIE IENT NTO O DE DE LAB LABORA ORAT TORIO ORIO a'

Establecer Establecer un un #lujo a través través del canal canal & registra registrarr el valor valor del caudal caudal ue ue pasa' Este caudal caudal se mantendrá constante durante toda la práctica' b' Degi Degist stra rarr el valo valorr de0 de0 ang angul ulo o   ue #orma el #ondo del canal con la )orizontal' c' .elecc .eleccion ionar ar una una secci sección ón de ensa&o ensa&o & medir medir el tirant tirante e R7S R7S d' Depe Depetitirr los los paso pasoss <' & 2' cinc cinco o vec veces es más más var varia iand ndo o la la pen pendi dien ente te del del can canal al & manteniendo el caudal constante

2





0os datos deberán consignarse en un cuadro con por lo menos 2 columnas! en la primera columna debe anotarse el n/mero de la prueba, en la segunda columna la pendiente del canal & en la tercera columna el valor del tirante' 7. 7.22

PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O DE GABI GABINE NETE TE (eterminar la velocidad en cada cada caso & usando la ecuación $9% obtener la energía especí#ica & n/mero de Froude correspondiente' "reparar un gra#ico con   vs' E6 E6 G constante'

;.0

DATOS 8 SU PRESENTACION PRESE NTACION .eg/n ítem 2'U de Dedacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n el procedimiento, deben ser registrados en un #ormato similar a la tabla +\ 9' G$m24)% cte' = T'l' N 1 Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o E"er%?' Epe!*f*!' Ensa&o +Q

& $cm'%

θ

9 < 2 C 8 A <.0

CALCULOS 8 PRESENTACION DE RESULTADOS RESULTADOS er ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica' 0os resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +\ <' &3 = G = . = tag θ T'l' N 2 Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o E"er%?' Epe!*f*!' Ensa&o +Q

.

& $m%



E $m%

$m4s%

F

*ipo de #lujo

9 < 2 C 8 A =.0


RESALTO HIDRAULICO EN CANALES ABIERTOS

3




1.0


INTRODUCCION n salto )idráulico se #ormará en una conducción conducción si el #lujo es supercrítico, es decir, si el n/mero de Froude F Froude F1 del #lujo es ma&or ue uno, El salto )idráulico tiene muc)as aplicaciones en la ingeniería, ingeniería, se utiliza como disipador de energía de las aguas ue escurren sobre canalizaciones para prevenir la erosión o socavación6 para recuperar niveles de agua en canales con propósitos de medición o distribución de las aguas6 también se utiliza como )erramienta estructural para incrementar peso sobre un lec)o amortiguador con la #inalidad de reducir la presión )acia arriba6 también tiene utilidad como aereador para los #luidos ue )an su#rido con#inamiento, con#inamiento, etc, etc''

2.0

OBJETI@O 0a práctica tiene como #inalidad la observación observación experimental del #enómeno del salto )idráulico en el canal de pendiente variable' 0os datos obtenidos en la práctica del laboratorio permitirán comprobar las relaciones propuestas por di#erentes investigadores'

5.0

BRE@E FUNDAMENTO TEORICO El salto )idráulico en una conducción se #ormará, sólo sí existen las l as siguientes condiciones! − −

El n/mero n/mero de Froude F9 Y 9 0a pro#undidad de aproximación del #lujo 79 & la pro#und pro#undida idad d aguas aguas abajo abajo del salto salto 7< satis#acen la ecuación!

7< 79

=

9 <

 ( 9 

9 < <

 BF9

)

 

? 9

OOOOOO $9%

.iendo 796 7< tirantes conjugados' 0os saltos sobre sobre lec)o )orizontal )orizontal son de varios tipos, )an sido clasi#icados clasi#icados por los estudios estudios del Nureau o# Declamation de acuerdo al n/mero de Froude del #lujo en la # orma siguiente! P'r' 'lore &e F1

T*po &e 'l(o -*&r,#l*!o

9'1 a 9'U 9'U a <'8 <'8 a C'8 C'8 a >'1 Y >'1

ndular (ébil scilante "ermanente Fuerte

-lgunas -lgunas de las caract característ erísticas icas )idráuli )idráulicas cas importante importantess son la pérdida pérdida de de energía energía ue se disipa disipa por por la presencia del salto & la longitud de éste! −

0a pérdida de energía en el salto es igual a la di#erencia de energías especí#icas antes & después del salto, se puede demostrar experimentalmente ue la pérdida es! ) = E9 ? E< =

−

$ 7< ? 79% $C 7< 79%

2

OOOOOOOOOO $<%

0a longitud del salto se de#ine como la distancia desde la cara del #rente del salto a un punto aguas abajo de la perturbaci perturbación ón macro turbulenta' turbulenta' (i#erentes (i#erentes investigado investigadores res )an propuesto propuesto relaciones & grá#icos para la estimación de la longitud del salto6 a continuación se muestran dos de las más aceptadas!

4




6.0

Rel'!*o"e

A#(or

0 = C'8 $ 7 < 4 79%

.a#ranez

0 = 8 $ 7< ? 79 %

Miami 3onservanc& (istrict

EUIPO UT UTILIADO 3anal de pendiente variable 0imnímetros 3orrentómetro 3ronómetro Dotametro

− − − − −

7.0


PROCEDIMIENTO 7.1

PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO LABORATORIO − Establecer en el canal del laboratorio un #lujo supercrítico & anote el ángulo ue el #ondo del

canal #orma con la )orizontal' − Mediante la compuerta de salida debe procurarse establecer una obstrucción tal ue ésta

remanse el #lujo & provoue un salto )idráulico )acia aguas arriba' − na vez establecido el salto con el limnímetro mida las pro#undidades antes & después del

salto, es decir! 8 decir! 81 e, 8 e, 82 ' − 3on el rotámetro rotámetro debe medirse el caudal del del #lujo' − .i estuviera disponible el molinete de a#oro, debe registrarse las velocidades @1 & @2 antes

& después del salto, en caso contrario, ésta se obtiene de la ecuación de continuidad & el dato del rotámetro' − Depetir el procedimiento con siete caudales di#erentes'

7. 7.22

PROC PROCED EDIM IMIE IENT NTO O DE GABI GABINE NETE TE 3on los datos obtenidos en la práctica debe determinar el n/mero de Froude F1 & F2 del #lujo de aguas arriba & aguas abajo del salto, con lo ue se puede precisar las características del salto en cada caso' 3alcule las longitudes con las relaciones propuestas para la estimación de la longitud del salto' "repare los grá#icos siguientes! − F1 vs L −

0 7<

vs F9 & superpóngalos al grá#ico de la Fig' 98?C del en en *e 3)o5, Hidráulica Hidráulica de

los canales abiertos $pag'2UC ó edición?9>>C pag' 2>1% 3ompare los datos de las longitudes obtenidas experimentales con los calculados mediante las otras expresiones & grá#icos propuestos en la literatura pertinente' ;.0

DATOS 8 SU PRESENTACION .eg/n ítem 2'U de Dedacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n el procedimiento, deben ser registrados en un #ormato similar a la tabla +\ 9' G$m24)% cte' = T'l' N 1

/5





Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o Re'l(o -*&r,#l*!o e" !'"'le '*er(o Ensa&o +Q

G $m24)%

79 $cm'%

7< $cm'%

0 $cm%

9 < 2 C 8 A

<. <.00

CALC CALCUL ULOS OS 8 PRES PRESEN ENT TACIO CION DE DE RES RESUL ULT TADOS DOS er ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica' 0os resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +\ <' T'l' N 2 Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o Re'l(o -*&r,#l*!o e" !'"'le '*er(o

Ensa&o +Q 9 < 2 C 8 A

=.0

G $lt4s%

E)per*+e"('le 79 7< $m'% $m'%

0 $m'%

F9

F<

Te3r*!o 7< 0 ) $m'% $m'% $m'%

3aracterística del salto


/1





FLUJO GRADUALMENTE @ARIADO 1.0

INTRODUCCION .e considera #lujo gradualmente variado, al #lujo permanente cu&a pro#undidad varía suavemente en todo un tramo dentro de la longitud de un canal, es decir, ue en el tramo se cumplen dos cosas! a% b%

Gue las las condicio condiciones nes )idráu )idráulic licas as del #lujo #lujo permane permanecen cen consta constante ntess en el interv intervalo alo de tiempo tiempo de interés &, 0as líneas líneas de de corri corrient ente e son son práct práctica icamen mente te para paralel lelas' as'

(e acuerdo a lo anterior se acepta como #actible ue las ecuaciones & teorías del #lujo uni#orme se utilicen para evaluar la línea de energía, tomar las rugosidades como constantes, suponer ue no ocurre arrastre de aire, la sección de la conducción es prismática & constante &, ue la pendiente del canal es mu& peueKa' 2.0

OBJETI@O 0a práctica tiene tiene como #inalidad la observación experimental del movimiento gradualmente gradualmente variado & la toma de datos de las características del #lujo mediante una tabulación de distancias vs' pro#un pro#undid didade adess para para su compar comparaci ación ón con método métodoss propue propuesto stoss para para el compor comportam tamien iento to del movimiento gradualmente variado'

5.0

BRE@E FUNDAMENTO TEORICO 0a altura de la línea de energía en la sección -guas arriba con respecto a la línea de re#erencia de un #lujo gradualmen gradualmente te variado denotada por H ue H ue se observa en la #igura +\ 9 puede re#erirse como! H =   7 cos θ  α

V

-

OOOOOOOOOO'' $9%

-g

donde ! H  7 θ α



-ltu -ltura ra resp respec ecto to a un plan plano o )ori )orizo zont ntal al de re#e re#ere renc ncia ia (ist (istan anci cia a vert vertic ical al del del plan plano o de re#e re#ere renc ncia ia al #ond #ondo o del del cana canall "ro#un #undidad de la secció cción n del #lujo -ngulo -ngulo de la pendien pendiente te del #ondo del canal canal 3oe#iciente de coriolis elocid cidad me media de del #l#lujo en en la la sec secci ció ón

0ínea Horizontal dH 2 αV ?-g

0ínea de Energía $. E%

.uper#icie de -gua $.5% Yo)θ

Y

H

Fondo del 3anal$.o% θ d > >

(

0ínea Horizontal de Dre#erencia

F*%#r' N 1 *omando *omando como eje de coordenadas @ el #ondo del canal & di#erenciando la ecuación anterior respecto a éste & considerándolo positivo en la dirección del #lujo se obtiene!

/-




∂ ∂


Y

6

@

S o 7 SE

  V -     ∂  -g      o) θ C α ∂ Y       

OOOOOOOOO'' $<%

Gue es la ecuación di#erencial general para el #lujo gradualmente variado 0a pendiente )a sido de#inida como el seno del ángulo de la pendiente & se asume positiva si desciende en la dirección del #lujo & negativa si asciende6 destacándose ue la pérdida de energía $∂H% por #ricción siempre es negativa, así tenemos!

∂H , ∂@

SE

6 7

So

6 Sen θ 6 7

SB

6

es la pendiente de la línea de energía

∂A, ∂@

es la pendiente del del #ondo del canal canal

∂ Y 6 es la pendiente de la super#icie del agua ∂@

"ara θ con pendiente peueKa la ecuación di#erencial general se )ace!

∂ ∂

Y @

So

6

7 SE

  V -     ∂  -g      1 C α ∂ Y       

0a pendiente de energía .E cuando se utiliza la expresión de Manning es! SE

6 n

V

-

R

-

/ ? .

& para canales rectangulares de gran anc)o da lugar a la expresión!

∂Y ∂@

6 So

  Y  15.  1 7  N     Y      .   YC   1 7      Y   

Expresión /til para describir el per#il de la super#icie de agua para el #lujo gradualmente variado' 6.0

EUIPO UTILIADO − − − − −

7.0

3anal de pendiente variable 0imnímetro Dotámetro inc)a 3ronómetro


PROC PROCED EDIIMIEN MIENT TO DE LA LABORA BORAT TORIO RIO

/




− −

−

−


(esarrollar en el canal del laboratorio un #lujo subcritico Mediante la compuerta deslizante instalada dentro del canal se debe establecer una obstrucción & un ori#icio de #ondo tal ue ésta remanse el #lujo )acia aguas arriba &, con el c)orro c)orro provenien proveniente te del ori#icio ori#icio & con la compuert compuerta a de salida salida del canal canal debe provocarse un salto )idráulico )acia aguas abajo a bajo na vez establecido establecido el per#il per#il del #lujo #lujo en todo todo el canal, canal, con el limníme limnímetro tro mida mida las pro#un pro#undid didade adess antes antes & despué despuéss de la compue compuerta rta desliz deslizant ante, e, es decir decir,, )aga )aga una tabulación 7i vs' @i' 0os valores @i serán indicado por el pro#esor de 0aboratorio' 3on el rotámetro rotámetro debe medirse el caudal del del #lujo'

91 9

<

2

Y YN >&

A) 91 9

<

2 2

<

YN

Y Y >&

-guasarriba dela compuerta ta

>& a ada 05 $.

9

-guasabajo de la compuerta

>&

>& a ada 05 $.

B)

F*%#r' N 2

7. 7.22

PROC PROCED EDIIMIEN MIENT TO EN GABI GABINE NET TE 3on 3on los datos datos obteni obtenidos dos en la prácti práctica ca debe debe prepar preparars arse e un esuem esuema a a escala escala para representar el per#il del #lujo, #lujo, el #ondo & la ubicación de las compuertas' Mediante cualuier procedimiento determine los valores 7 i & @i , plotee sus cálculos sobre el per#il experimental & compare los resultados'

;.0

DATOS 8 SU PR PRESENTACION .eg/n ítem 2'U de Dedacción de in#ormes, los datos obtenidos seg/n el procedimiento, deben ser registrados en un #ormato similar a la tabla +\ 9' @i a cada 81 cm' T'l' l' N 1

//





Re%*(ro &e *"for+'!*3" &el L'or'(or*o Fl#$o Gr'&#'l+e"(e @'r*'&o .ección

1

2

5

6

7

;

<

=

>

10 10

7 $cm%

<. <.00

CALC CALCUL ULOS OS 8 SU PRES PRESEN ENT TACION CION DE RESU RESUL LTADOS DOS er ítem 2'B & 2'> de Dedacción de In#ormes, complementar con ítem 2.0 & de & de experimentos de laboratorio de Mecánica de Fluidos e Ingeniería Hidráulica' 0os resultados de todos los cálculos se deben presentar en un #ormato similar a la tabla +\ <' @i a cada 81 cm' T'l' N 2 Re#l('&o &e lo !,l!#lo &el L'or'(or*o Fl#$o Gr'&#'l+e"(e @'r*'&o @'r*'&o

.ección

1

2

5

6

7

;

<

=

>

10 10

7 $cm% dY d@

=.0

CONCLUSIONES. En base a los datos, cálculos & grá#icos ue sirven de sustento para comprobar el principio teórico, establezca las conclusiones pertinentes, seg/n las indicaciones del ítem 2'99 de RDedacción de In#ormesS'

FUERA ESPECIFICA

/0





1. 1.00 OBJE OBJETI TI@O @O 0a práctica de laboratorio laboratorio tiene como objetivo obtener obtener la curva tirante tirante vs' #uerza especí#ica especí#ica $& vs' M% para el caso de un #lujo en un canal rectangular' 2.0 FUNDAM FUNDAMENT ENTO O TEORI TEORICO CO 0a sumatoria de la cantidad de movimiento en una sección del escurrimiento & la #uerza externa )idros )idrostát tática ica produc producida ida sobre sobre la misma, misma, dividi dividida da por el peso peso especí especí#ico #ico,, se denomi denomina na #uerza #uerza especí#ica, & se simboliza por M' -sí! M=

ρ G β H γ

F

γ & γ

(onde! G  ρ

= = =

γ β

@

γ

caudal velocidad media del #lujo densidad del agua peso especí#ico del agua coe#iciente de Noussines área mojada = & b, donde b = anc)o de la sección presió presión n en el cent centro ro de de grav graveda edad d del del área área de de la sección sección

= = &

=

.i consideramos ue β = 9 M=

ρ G H γ

 & -

*eniendo *eniendo en cuenta ue la ecuación de continuidad es!  = G4-6 & ue ρ M=

G

=

γ g

! entonces!

<

F

g -

& -

Es la ecuación de la #uerza #uerza especí#ica, ue también se denomina R#unción momentumS o Rcantidad de movimiento especí#icoS' 0as dimensiones de la #uerza especí#ica son las del cubo de una longitud' "ara el caso de un canal rectangular!

& =

& <

6 donde & es el tirante en la sección considerada'

.i se considera un caudal constante & se )ace variar el tirante, se obtienen valores de & vs' M' Estos valores valores se pueden llevar a un grá#ico, obteniéndose obteniéndose la curva de #uerza especí#ica a caudal constante'

Esta curva posee dos ramas, -3 & N3' 0a rama -3 es asintótica al eje )orizontal )acia la derec)a' 0a rama N3 aumenta )acia arriba & se extiende inde#inidamente )acia la derec)a' "ara cada valor determinado de la #uerza especí#ica la curva presenta dos tirantes posibles, &9 e &<, los cuales se denominan tirantes conjugados' En el punto 3, la #uerza especí#ica es mínima & el tirante es el tirante crítico' "ara un canal rectangular el tirante crítico es igual a! &c =

2



<

g

,

siendo  =

/

G b

el caudal unitario




− P'r'


1  !

el #lujo corresponde al estado supercrítico, es decir 9

F9 =

− P'r'

Y 96

F= n/mero de Froude

2  ! el #lujo será subcrítico &, F< =

− P'r'

g &9



<

g &<

  !

P9

el #lujo es de régimen crítico &, Fc =

c g &c

=9 ,

donde!

c =

g &c

es la velocidad crítica'

5. 5.00 EUI EUIPO PO − − −

3anal de pendiente variable' 0innímetro' Dotámetro'

6. 6.00 PROCE PROCEDI DIMI MIENT ENTO O − − − −

Establecer un #lujo a través del canal & registrar el valor del caudal ue pasa' Este caudal se mantendrá constante durante toda la práctica' Degistrar el valor de la pendiente del #ondo del canal' .eleccionar una sección de ensa&o & medir el tirante' Depeti Depetirr los pasos anteri anteriore oress )asta )asta al menos menos cinco cinco veces veces más, variando variando cada vez la pendiente del canal'

7.0 TOMA TOMA DE DAT DATOS Degistrar el valor del caudal & preparar un cuadro con tres columnas' En la primera columna deberá consignarse el n/mero de la prueba6 en la segunda columna, la pendiente del canal6 & en la tercera columna, el valor del tirante' ;.0 CALCULOS CALCULOS 8 RESULT RESULTADOS ADOS 0os resultados obtenidos serán presentados en un cuadro #inal de nueve columnas! en la primera columna se anotará el n/mero de la prueba6 en la segunda el valor de la pendiente, ., del canal6 en la tercera, el tirante, &6 en la cuarta, el valor de G <4g -6 en la uinta, el valor de ! A 6 en la sexta, la #uerza especí#ica M6 en la sétima columna, la velocidad media, 6 en la octava, el n/mero de Froude, F6 & en la novena columna el régimen de #lujo' <. <.00 GRA GRAFICO ICO 3on los valores de & vs' M, trace la curva de la #uerza especí#ica' - partir del grá#ico obtenga el valor del tirante crítico, R&cS & compárelo con el valor calculado con la #órmula teórica' =. =.00 CONCL CONCLUSI USION ONES ES En base a los cálculos, grá#icos & resultados obtenidos establezca las conclusiones ue considere pertinentes'

/2





/3

GUIA-LAORATORIO-ING.-HIDRULICA.doc

Recommend Documents