Practica nº 4 Flujo bajo una compuerta plana vertical Tema: 1.- Objetivos:
Conocer las aplicaciones de las compuertas en diversos campos. Encontrar los coeficientes de descarga, contracción y velocidad de una compuerta plana vertical. Comparar los valores teóricos con los valores experimentales a encontrar .
2.- INTRODUCCION: Esta práctica está enfocada en el estudio del flujo bjo las compuertas cómo se comporta el flujo aguas arriba y abajo, tomando las mediciones vamos a encontrar los diversos coeficientes. Y a realizar las debidas comparaciones que permitirán deducir el correcto desarrollo practico y matemático.
3.- MARCO TEORICO FLUJO A TRAVÉS DE COMPUERTAS Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría de los casos para la regulación de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros.
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental Laboratorio de hidráulica 1 Las compuertas tienen las propiedades hidráulicas de los orificios y, cuando están bien calibradas, también pueden emplearse como medidores de flujo. Las condiciones físicas, hidráulicas, climáticas y de operación, evaluadas apropiadamente, imponen la selección del tipo y tamaño adecuado de las compuertas. Éstas se diseñan de diferentes tipos y con variadas características en su operación y en su mecanismo de izado, los cuales permiten clasificarlas en grupos generales de la siguiente manera: A SEGÚN LAS CONDICIONES DEL FLUJO AGUAS ABAJO:
COMPUERTA CON DESCARGA LIBRE
COMPUERTA CON DESCARGA SUMERGIDA O AHOGADA
B SEGÚN EL TIPO DE OPERACIÓN O FUNCIONAMIENTO:
COMPUERTAS PRINCIPALES
Se diseñan para operar bajo cualquier condición de flujo; se les llama de regulación cuando se les conciben para controlar caudales en un canal abierto o sobre una estructura de presa, con aberturas parciales, y se conocen como compuertas de guarda o de cierre aquellas que funcionan completamente abiertas o cerradas.
COMPUERTAS DE EMERGENCIA
Se utilizan en los eventos de reparación, inspección y mantenimiento de las compuertas principales, siendo concebidas para funcionar tanto en condiciones de presión diferencial, en conductos a presión, como en condiciones de presión equilibrada. C DE ACUERDO A SUS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS: Compuertas planas:
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Rectangulares Cuadradas Circulares Triangulares, etc.
Compuertas curvas o alabeadas:
Radiales Tambor Cilíndricas
D SEGÚN EL MECANISMO DE IZADO:
COMPUERTAS DESLIZANTES:
El elemento de cierre u obturación se mueve sobre superficies deslizantes (guías o rieles) que sirven, a la vez, de apoyo y sello. Generalmente, se construyen en acero colado, y se emplean en estructuras de canales y en algunas obras de captación, en presas o tanques de regulación. La hoja de la compuerta o elemento de obturación se acciona con un mecanismo elevador, a través de un vástago o flecha de acero.
COMPUERTAS RODANTES:
El elemento de cierre u obturación se mueve sobre un tren de ruedas, rodillos o de engranajes, hasta la posición de estanca. Se utilizan en obras de toma profunda, para casos de emergencia y de servicio, así como para cierre en mantenimiento, en conductos a presión. Ruedan a su posición de sello debido a su propio peso y se izan con cadenas o cables por medio de grúas especiales, fuera de la superficie del agua, hasta una caseta de operación, donde se les hace mantenimiento.
4.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS COMPUERTA VERTICAL PLANA
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CANAL HIDRODINÁMICO
LIMNIMETRO
FLEXOMETRO
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5.- PROCEDIMIENTOS 1 2 3 4 5
Encendemos el canal y lo dejamos a un determinado caudal. Tomamos la medida del ∆H con el flexómetro. Colocamos la compuerta y adoptamos una abertura. Con el limnímetro tomamos las medidas del caudal aguas arriba y aguas abajo de la compuerta. Reducimos la abertura de la compuerta y tomamos 5 mediciones.
6.- RESULTADOS TABULAR LOS SIGUIENTES VALORES ∆H,Q,d1,a,d2,Cv,Cc,Cd. ∆ H (m) Q (m3/s) Nº
a (m) 0.09 1 6 0.09 2 1 0.08 3 6
FLUJO BAJO UNA COMPUERTA 0.821
d1 d2 (m) (m) 0.20 0.06 3 2 0.21 4 0.06 0.05 0.23 7 0.24 0.05 4 0.08 7 5 0.07 0.29 0.05 5 3 1 4
0.032035502 Cd 4.180E01 4.295E01 4.384E01 4.548E01 4.591E01
Graficar las siguientes curvas: Cc Vs (a / d1) Cv Vs (a / d1) Cd Vs (a / d1)
Cc
Cv
0.6458333 0.73953248 3 4 0.6593406 0.73711000 6 1 0.73885684 0.6627907 7 0.73141838 0.6875 8 0.7397260 0.67584148 3 2
Valor teorico Cv 1.0062975 4 1.0016303 7 0.9966060 9 0.9917085 0.9845591 1
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Cc vs (a/d1) 0.76 0.74 0.72 0.7
Cc vs (a/d1)
0.68 0.66 0.64 0.62 0.6 0.58 0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Cd vs (a/d1) 4.700E-01 4.600E-01 4.500E-01 4.400E-01
Cd vs (a/d1)
4.300E-01 4.200E-01 4.100E-01 4.000E-01 3.900E-01 0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
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Cv vs (a/d1) 0.76 0.74 0.72
Cv vs (a/d1)
0.7 0.68 0.66 0.64 0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
7.- Conclusiones
Se pude notar claramente en los resultados obtenidos como el valor de de CV va disminuyendo a medida que se va reduciendo el valor de a altura de la base del canal con la parte inferior de la compuerta, por lo que se puede deducir que la velocidad de descarga se reducirá. Se pudo observar una ondulación presente en la parte aguas arriba y aguas abajo de la compuerta ,debido a la diferencia de caldo antes y después de la compuerta, la cual cambia drásticamente al pasar por la misma. Además se observó la formación de pequeños remolinos en la parte aguas arriba debido al cambio de velocidad del fluido
En ésta experiencia ¿cuál de los valores: Cc, Cd, Cv, permanecen constantes? De acuerdo a lo observado en las tablas de valores obtenidos, se puede observar claramente que los valores tanto de coeficiente de descarga, contracción y velocidad no poseen un valor constante, ya que cada uno de estos depende de variables que no son constantes. 2. ¿Cuál coeficiente es más sensible de variar?
Escuela Politécnica Nacional Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental Laboratorio de hidráulica 1 El coeficiente de descarga seria el más sensible al cambio, ya que se encuentra en relación y dependencia de los valores del coeficiente de contracción y velocidad. 3. Haga un estudio comparativo entre los valores obtenidos en esta experiencia del coeficiente de velocidad, Cv, y los valores calculados con la ecuación de Sotelo. Cv 0.739532 48 0.73711 0.738856 85 0.731418 39 0.675841 48
Valor teorico Cv 1.006297 54 1.001630 37 0.996606 09 0.991708 5 0.984559 11
ERROR VERDADER O 0.2667650 53 0.2645203 73 0.2577492 4 0.2602901 14 0.3087176 24
ERROR RELATIVO (%) 0.2650956 03 0.2640898 08 0.2586269 97 0.2624663 53 0.3135592 6
Se puede observar claramente que el error presentando son valores muy pequeños que permiten decir que el valor experimental es válido con respecto al valor teórico, lo cual demuestra una correcta aplicación de procedimiento del ensayo y procedimientos de cálculo de los distintos datos utilizados en el desarrollo.
8.- RECOMENDACIONES
Tomar bien las medidas de altura de altura que se ira descubriendo en cada desplazamiento vertical de la compuerta
Antes de realizar alguna lectura se debe esperar a que se estabilice el flujo de agua en el canal, y además se deberá tomar las medidas a una distancia considerble el calado a cada lado de la compuerta (Aguas arriba y Aguas Avajo) para obtener medidas precisasy evitar errores por estas circunstancias..
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Verificar que las partes laterales de las compuertas estén bien selladas con las paredes del canal hidrodinámico con la plastilina para así evitar fugas.
Tener cuidado con la compuerta y sus partes al aumentar la descarga de flujo.
9.- BIBLIOGRAFIA -
Hidráulica General, vol. 1; Gilberto Sotelo Ávila. Mecánica de Fluidos, 9na Edición; Víctor L. Streeter. Mecánica de fluidos e hidráulica; RANALD V. GILES http://www.uaemex.mx/pestud/licenciaturas/civil/hidraulica1/Pr %E1ctica%20HI%208.pdf
10.- ANEXOS
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Hoja de datos.
