PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA
LABORATORIO DE HIDRAULICA DE CANALES
HORARIO
GRUPO
Fecha de laboa!o"o# (e)e de *+c!"ca#
1
$%&$$&$'
Ra,"e- Ca*ao.(o/e Ed0ado
ALUMNO Rojas Ramos,Victor Daniel
20101025
CALIFICACIÓN Prueba de entrada (5 p.) Contenido del informe (5 p.) Conclusiones (5 p.) Participación Participación (5 p.) TOTAL TOTAL (20 puntos)
FLUME VENTURI
OB(ETIVOS -Verificar que una sección de flujo crítico es una sección de control -Encontrar la relación entre la altura de carga aguas arriba el caudal que circula !or el canal -"om!arar el coeficiente de descarga #allada gr$ficamente en la cur%a de descarga los resultados analíticamente&
FUNDAMENTO TEORICO Es un dis!ositi%o #idr$ulico que !roduce flujo crítico debido a una contracción lateral& En el cual se origina una aceleración del flujo de manera local, debido a las alteraciones que se le #acen a las condiciones del entorno del canal, como la contracción lateral de las !aredes de este o !or la combinación de contracciones laterales con ele%ación del fondo del canal al mismo tiem!o& De esta forma se logra un estado crítico sobre el flujo, lo que !ermite calcular el caudal en la sección& 'resentan %entajas como( la !oca sensibilidad a la %elocidad de a!ro)imación, son mu buenos dis!ositi%os aforadores, o!eran con !eque*as !erdidas de carga no !resentan !roblemas de sedimentación El caudal teórico es el siguiente( 3
Qteorico =0.3849∗w∗√ 2 g∗ E 2
El caudal real se !uede obtener de la siguiente forma( 3
Qreal =1.705∗C d∗w∗√ 2 g∗ E 2
E1UIPOS -+n canal de flujo #oriontal, con una sección #oriontal de 0cm& de anc#o de !aredes de %idrio fondo de concreto -+n medidor de caudal -+n dis!ositi%o .lume Venturi -Dos /imnímetros
C2LCULOS En el laboratorio se tomo los tirantes caudales en una canaleta de flujo crítico, donde se obtu%ieron los siguientes resultados
Q(lps) !0 !5 20 25 %0 %5
a(cm) " #.## !!.$# !%.&$ !5.2' !&.&'
El acm es el tirante aguas arriba& "uando se introduce un coeficiente de descarga "d, la cual considera las !3rdidas !or contracciones fricción se tiene la siguiente ecuación donde la descarga de!ende del anc#o de garganta el tirante aguas arriba&
Qreal = 1,705 × C d × w × ( H a )
3
2
4egn la formula
w 25!cm Qreal 1,705 × w × ( H a )
3
=
C d
2
/uego des!ejamos "on este !rocedimiento !odemos calcular el "d, luego calcular un caudal real !ara un tirante aguas arriba&
Q(lps) !0 !5 20 25 %0 %5
a(cm) " #.## !!.$# !%.&$ !5.2' !&.&'
Cd 0.0!2& 0.0!!! 0.0!20 0.0!!& 0.0!!" 0.0!20
"uando se grafica una cur%a de descarga !ara el dis!ositi%o se obtiene una relación entre 6r %s a
$0 %5 %0
f(*) 0.5" *+!.$5
25
Qr(LPS) 20 !5
Po,er ()
!0 5 0 &
'
!0
!2
!$
!&
!'
Ha(cm)
Qr (lps ) = 0,567 Ha1.454 4egn esta relación tenemos que el caudal de!ende de un coeficiente "70&589 multi!licado !or el tirante aguas arriba ele%ado a un factor de 1&5 "on este grafico tambi3n !odemos calcular un caudal segn el tirante aguas arriba&
CONCLUSIONES
4e obser%ó en el laboratorio que el dis!ositi%o .lume Venturi es un buen aforador, debido que nos !ermite un estrec#amiento del flujo que circulaba !or el canal adem$s ofrecía la característica de uniforme& :dem$s este e)!erimento no tiene restricciones con ser de flujo sumergido como los otros dos ensaos 'ars#all "rum! 4e obser%a de los c$lculos que el coeficiente de descarga #allado gr$ficamente es cercano al %alor teórico este %alor debe fluctuar alrededor de 0&80 a!ro)imadamente, este cum!le con dic#a condición 0&589&
AFORADOR PARSHALL OB(ETIVOS -"alcular el caudal bas$ndose en la !erdida de altura del ni%el de agua que ocurre en la garganta& -Realiar una cur%a de descarga #allar el coeficiente de descarga -Verificar que este ti!o de aforador auda a un r$!ido c$lculo del caudal si es necesario #acer una corrección& FUNDAMENTO TEÓRICO
El aforador est$ constituido !or una sección de con%ergencia con un !iso ni%elado, una garganta con un !iso en !endiente #acia aguas abajo una sección de di%ergencia con un !iso en !endiente #acia aguas arriba& ;racias a ello el caudal a%ana a una %elocidad crítica a tra%3s de la garganta &
/a dificultad es la construcción del aforador su %entaja es el !roducir !erdidas de carga mu !eque*as& En general se debe construir una formula em!írica de la siguiente forma
Q
=
C × ( Ha )
n
E1UIPOS -+n canal de flujo #oriontal, con una sección #oriontal de 0cm& de anc#o de !aredes de %idrio fondo de concreto -+n medidor de "audal -+n dis!ositi%o :forador de 'ars#all -Dos /imnímetros
CALCULO Q En general debemos dar una e)!resión de la forma w = 9cm garganta
=
C × ( Ha )
n
, !ara el anc#o de
4egn los tirantes determinados !ara diferentes caudales se graficara el 6 %s a
Q(lps) !0 !5 20 25 %0 %5
a(cm) !2.!% !5.## 2!.0$ 25.2! 2".'% %0.&2
/os %alores del cuadro son los #allados en el laboratorio, el a (cm) es el tirante
a-uas arriba el Qr es el caudal real medido por el caudalimetro $0 %5 %0
f(*) 0.%' *+!.%!
25
Qr(LPS) 20 !5
Po,er ()
!0 5 0 !0
!5
20
25
%0
%5
Ha(cm)
4egn la grafica se tiene la relación entre 6 a, 3 4 56'789$6'5: 6 Entonces !ara un anc#o de garganta de
Qr (lps ) = 0.3849 Ha1.307 Hb Ha /uego se tendr$ que calcular la relación entre
a(cm) !2.!% !5.## 2!.0$ 25.2! 2".'%
b(cm) &.$$ !!.0# !$.#! !'.%5 2!.2%
b/a 0.5% 0. 0."! 0."% 0."&
%0.&2
2%.2'
0."&
/os 2 !rimeros %alores no son flujos sumergidos, los dem$s en !romedio e)ceden el 0,8 lo cual #ace que el flujo sea sumergido, debido a esto se tiene que #acer una corrección con la siguiente tabla&
21.04cm × -'ara un a cm715&<<
1 pu lg
×
1 pie
2,54cm 12 pu lg
=
0,69 pie
Hb = 0,71 × 100 = 71 Ha 'orcentaje de sumergencia
/a corrección segn la tabla 0,0<
CONCLUSIONES -El aforador 'ars#all es una estructura #idr$ulica que se basa en la !erdida de altura del agua que se !roduce al !asar !or un estrec#amiento, lo interesante es que se !uede construir de diferentes tama*os& -/as medidas del caudal se determinan !or tablas e)!erimentales !ara los diferentes tama*os de garganta& Este nos !ermite determinar los caudales de manera casi !recisa -4e debe tener cuidado cuando se e)cede el límite de 0,8, a que se tiene que corregir el caudal, segn el cuadro anterior& En conclusión este ti!o de aforador es de f$cil uso en flujos de !endiente sua%e, que no !ermita que se e)ceda el límite de 0,8 los cuales se utilian en los canales de riego, la des%entaja es cuando se construe, a que se debe tener cuidado, sino el caudal a medir tendr$ una des%iación&
VERTEDERO TIPO CRUMP
OBJETIVOS -Verificar que con auda del tirante aguas arriba se !uede calcular el caudal que circula !or la sección, aunque se tiene que tener cuidado de que no sea sumergido -=bser%ar que se !uede aislar la sección de aforo aguas arriba, de las %ariaciones que se !uedan !roducir aguas abajo& -"onstruir la cur%a de descarga !ara el %ertedero 6r %s com!robar que los resultados !or el m3todo analítico grafico salen a!ro)imados los coeficientes de descarga&
FUNDAMENTO TEÓRICO El %ertedero ti!o "rum! es un %ertedero de !ared gruesa, dise*ados !ara !ro%ocar flujo crítico sobre su cresta& 'or lo que aísla la sección del canal aguas arriba de este dis!ositi%o, !ermitiendo así calcular el caudal que circula !or el canal& >ambi3n debido al aislamiento que !roduce el dis!ositi%o se !uede realiar cualquier ti!o de alteración al flujo aguas abajo& El tirante crítico se !uede calcular mediante la siguiente formula( 2
y c = H 1 3
1( es la energía total antes del %ertedero ti!o "rum! m /a fórmula !ara calcular el caudal teórico es( 3
g∗¿ H 2 3
2 Qteorico= 2∗b∗√ ¿ 3
Dónde( 7 es la carga de agua antes de la cresta m& ? la fórmula !ara calculas el caudal real es(
3
g∗¿ H 2 3
2 Qreal=C d∗ 2∗b∗√ ¿ 3
Dónde( 7 es la carga de agua antes de la cresta m& "d7 "oeficiente de descarga del %ertedero& >ambi3n se debe %erificar que el flujo sobre la cresta sea crítico la descarga libre, !ara ello se a!lica la siguiente fórmula(
H 2 H 1
≤ 0.75
Dónde( 1( Energía antes del %ertedero ti!o "rum! 2( Energía des!u3s del %ertedero
EQUIPOS -+n canal de flujo #oriontal, con una sección #oriontal de 0cm& de anc#o de !aredes de %idrio fondo de concreto -+n medidor de caudal -+n dis!ositi%o ti!o crum!& -Dos /imnímetros -+na #uinc#a
CALCULOS Los alores calculados de los tirantes a-uas arriba aba1o en la cresta del ertedero se muestran en la si-uiente tabla !(cm) !%.&& !5.2! !&."& !".&$
2(cm) %.'$ 5.02 &.2& ".2
c(cm) !0.!" !!.52 !2.5" !2.#%
Q(lps) !0 !5 20 25
Con los alores de la tabla anterior se procede a realiar los c3lculos h1real = y1 − 8cm = 13,66 − 8 = 5,66
4l
de esta manera se calcula todos los h1real
alores del
para caudales diferentes
4Para determinar la altura forma H 1 = Energi − 8 = y1 +
de elocidad se procede 6acer con la si-uiente
Q2 2 × 9,81 × 0,4
2
×
y12
− 8 = 13,66 +
10
2
2 × 9,81 × 0,4
2
× 13,66
2
−8 =
5,83cm
Con este procedimiento se 6alla los alores de ! para los diferentes caudales 4l 2 se calcula de la misma manera 7ue el ! H 2 = Energi − 8 = y 2 +
Q2 2 × 9,81 × 0,4
2
×
y 2 2
−8 =
10.17 +
10
2
2 × 9,81 × 0, 4
2
× 10.17
2
−8 =
2.47 cm
Con este procedimiento se 6alla los alores de 2 para los diferentes caudales H 2 = 2.47 = 0,42 H 1 5.83 Lue-o se procede a determinar el para todos los diferentes caudales 7ue se 6icieron en el e*perimento8 si los alores salen maores a 0"5 es descar-a sumer-ida 9inalmente se comprueba 7ue se puede comparar el ! teórico con la formula comparar con el ! real. 3 2
!real 5.'% ".52 #.2! !0.2'
yc
=
H 1
!teoric o 5."& ".5% #.%# !0.'
Los alores del ! teórico con el real son en promedio casi parecidos lo 7ue indica 7ue el tipo crump cumple.
4 la si-uiente tabla muestra los resultados obtenidos del e*perimento:
y1( yc( y2( Q( #1 H1 Q&( cm cm cm !" r$a r$a H2r$a H1r%H !" ) ) ) ) 2r ) C' !%. &&
%.' !0. $ !"
!0
!5. 2!
5.0 !!. 2 52
!5
!&. "&
&.2 !2. & 5"
20
!". &$
!2. #%
25
".2
T! '$ H1&$ '$"car*a rc
5.& 5.' 2.$""# 0.$2$# #.& & % #!"" '#!2 0
!.0''# 0"$"
".2 ".5 $.0&00 0.5%## !$. ! 2 '0& !"$' 0&
!.!%&0 &"!!
'." #.2 5.%"&$ 0.5'%5 !#. & ! %"0! %!$ 0"
!.!%!0 #$
#.& !0. &.!20' 0.5#5$ 22. $ 2' &'#' 25!' $'
!.22$" 2#2%
;o sumer-id o ;o sumer-id o ;o sumer-id o ;o sumer-id o
eal s 6! %0 25 f(*) 0.5$ *+!.&' 20
Qr(!")
!5 !0
Po,er ()
5 0 5 5.5 & &.5 " ".5 ' '.5 # #.5 !0
#1(cm)
5."& ".5% #.%# !0.'
20.00 !5.00
Q&(!")
!0.00 Po,er () 5.00 0.00 5 5.5 & &.5 " ".5 ' '.5 # #.5 !0
#1(cm)
CONCLUSIONES 4n el ertedero tipo crump se eri=co la caracter?stica m3s resaltante 7ue es aislar el @u1o a-uas arriba el @u1o a-uas aba1o esto se eri=ca cuando se procede abrir la compuerta producir el resalto 6idr3ulico a 7ue la ona a-uas arriba se io insensible a este tipo de cambio. 4 se obsera 7ue este dispositio produce un tirante critico en la cresta del ertero el cual nos auda a relacionar la altura de car-a a-uas arriba. 4 el caudal teórico al comparar se con el caudal real se tiene un diferencia del !0 Q(lps) !0 !5 20 25
Qt(lps) #.&0 !$.0& !#.0" 22.$'
4
Para
Qteorico
los =
alores
calculados
del
Cd
con
la
fórmula
de
1, 5
0,3849 × b × 2 g × H 1
comparados con el -ra=co se obsera 7ue di=eren en alor. l si-uiente cuadro muestra los alores:
Q(lps)
6!real !0
5.&&
!5
".2!
20
'."&
25
#.&$
Cd !.0''#0" $" !.!%&0&" !! !.!%!0 #$ !.22$"2# 2%
4Los alores son en promedio !!5 este di=ere del -ra=co los cuales son 05$ 0&!. sto es un indicador 7ue se produce errores por las condiciones del tan7ue lecturas tambiBn por la temperatura del ambiente.
BIBLIO+RAFIA 4C>QD:Eecanica de @uidos 2Ftudium !##0. 4G; T COD:idraulica de canales abiertosEc