Informe Energia Especifica

INFORME DEL ESTUDIO DE LA ENERGIA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS La medida experiment ental para el estu es tudi dio o de la ener energí gía a es espe pecí cífi fica ca en cana ca nale less abie abiert rtos os re rect ctan angu gula lare ress fue fue realizada en el laboratorio de la FICUPLA con la finalidad de determinar el tipo de flujo y la grafica E – Tirante.

INFORME LAB. FLUIDOS – ESTUDIO DE LA ENERGIA ESPECIFICA EN CANALES

¨AÑO DE LA INTEGRACIÓN NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD¨

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES “FACULTAD DE INGENIERIA”

TEMA: ESTUDIO DE LA ENERGIA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS RECTANGULARES PRESENTADO ALA CATEDRA DE LAB. MECÁ. DE FLUIDOS E HIDRÁULICA: INTEGRANTES

:

CATEDRATICO

:

ING. HERQUINIO ARIAS, MANUEL VICENTE

ESPECIALIDAD

:

INGENIERIA CIVIL

SEMESTRE

:

VII CICLO

TURNO

:

SÁBADO

AULA

:

B1 - LAB. GIRALDEZ HUANCAYO – PERU

2012

2


INDICE CAPITULO I GENERALIDADES 1. INTRODUCCION 2.

TITULO

3. DESCRIPCIÓN GENERAL 4. OBJETIVO DEL ESTUDIO

CAPITULO II METODOLOGIA DE TRABAJO 1. ENERGIA ESPECIFICA EN CANALES RECTANGULARES 2. METODOLOGIA 1) Materiales, Herramientas Y Equipos 2) Procedimiento

CAPITULO III DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO 1. TOMA DE DATOS 2. DEPURACION DE DATOS 3. CALCULOS DE LOS DATOS 4. RESULTADOS 5. INTERPRETACION DE DATOS

CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1. CONCLUSIONES 2. RECOMENDACIONES

CAPITULO VI ANEXOS BIBLIOGRAFIA

2


CAPÍTULO I GENERALIDADES

2


INTRODUCCION

El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él no actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión atmosférica. El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en ríos, arroyos, etc., si bien en general, con secciones rectas del cauce irregulares. De forma artificial, creadas por el hombre, tiene lugar en los canales, acequias, y canales de desagüe. En la mayoría de los casos. Los canales tienen secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales. También tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a conducto lleno. En los sistemas de alcantarillado no tiene lugar, por lo general, el flujo a conducto lleno, y su diseño se realiza como canal abierto.

2


1. TITULO

“ESTUDIO DE LA ENERGIA ESPECIFICA EN CANALES ABIERTOS RECTANGULARES” 2. DESCRIPCIÓN GENERAL El siguiente informe acerca del estudio de la energía especifica en canales se desarrollo principalmente para ver el comportamiento del flujo en canales y poder determinar los valores de energía que presenta dicho flujo, de tal manera clasificarlo si es subcritica o supercrítica.

3. OBJETIVO DEL ESTUDIO: En

esta

práctica

los

objetivos

principales

es

observar

el

comportamiento del flujo en un canal y conocer que parámetros intervienen en la determinación de la energía específica, para luego determinar la profundidad critica Yc y la energía especifica mínima, para luego graficar e interpretar la curva de energía especifica – tirante para los datos obtenidos y clasificar el flujo para cada profundidad experimental, así también comprender los diversos fenómenos que se generan en la prueba (resalto hidráulico, etc.).

2


CAPÍTULO II METODOLOGIA DE TRABAJO

2


1. ENERGIA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS RECTANGULARES FUNDAMENTO TEÓRICO Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes para los cálculos del escurrimiento.

Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo (y) es la distancia vertical del punto más bajo de la sección del canal a la superficie libre. 

Ancho superior: el ancho superior ( T) es el ancho de la sección del canal en la superficie libre. 

Área mojada: el área mojada (A) es el área de la sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo. 

Perímetro mojado: el perímetro mojado (P) es la longitud de la línea de la intersección de la superficie mojada del canal con la sección transversal normal a la dirección del flujo. 

Radio hidráulico: el radio hidráulico (R) es la relación entre el área mojada y el perímetro mojado, se expresa como: R = A / P 

Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica (D) es la relación del área mojada con el ancho superior, se expresa como: D = A / T. 

CLASIFICACIÓN DE FLUJOS Criterios de clasificación: a) Según el tiempo Es la variación del tirante en función del tiempo  Flujo permanente: las características hidráulicas permanecen constantes en el tiempo.

2


 Flujo impermanente: Flujo en el cual las características hidráulicas cambian en el tiempo.

b) Según en el espacio Es la variación del tirante en función de la distancia  Flujo uniforme: Es aquel que tomando como criterio el espacio, las características hidráulicas no cambian entre dos secciones separadas una distancia determinada.

 Flujo variable: Es aquel en el cual las características hidráulicas cambian entre dos secciones

flujo gradualmente variado ( GVF): Flujo en el cual las características hidráulicas cambian rápidamente, en un espacio relativamente corto. 

2


ENERGIA ESPECÍFICA (E) La energía especifica (E) en la sección de un canal, se define como la energía que posee el flujo, por unidad de peso del agua que fluye a través de la sección, medida con respecto al fondo del canal y también es la suma del tirante, la energía de velocidad y la elevación del fondo con respecto a un plano horizontal de referencia arbitrariamente escogida y se expresa así:

La energía especifica es, pues, la suma del tirante y la energía de velocidad. Como esta referida al fondo va a cambiar cada vez que este ascienda o descienda.

CURVA DE ENERGIA ESPECÍFICA

2


Observando en la figura, la curva muestra que, para una energía específica determinada, existen dos posibles profundidades, la profundidad baja y1 y la profundidad alta y2. La profundidad baja es al profundidad alterna de la profundidad alta, y viceversa. Además de existir un punto donde las profundidades alternas serán solo una profundidad, llamada profundidad critica. También se podrá diferencia en 2rangos de flujos: si la profundidad el flujo es mayor a la profundidad critica, el flujo es subcrítico (tirante alto y velocidad baja) mientras si la profundidad del flujo es menor que la profundidad critica, el flujo será supercrítico (tirante bajo y velocidad alta).

2


CLASIFICACION DEL FLUJO Tipos de flujo Los tres tipos de flujo son: Flujo crítico Este tipo de flujo presenta una combinación de fuerzas inerciales y gravitacionales que lo hacen inestable, convirtiéndolo en cierta manera en un estado intermedio y cambiante entre los otros dos tipos de flujo. Debido a esto es bastante inaceptable y poco recomendable, usarlo en el diseño de estructuras hidráulicas. Para éste tipo de flujo el número de Froude es igual a 1 y en esta condición no se generan resaltos hidráulicos (disipadores de energía).

Flujo supercrítico En este tipo de flujo las fuerzas inerciales presentan una influencia mucho mayor que las fuerzas gravitacionales. Además de esto, el flujo se presenta a velocidades y pendientes altas, y a profundidades más pequeñas. Cuando existe un flujo de este tipo en un canal un aumento en la cantidad de energía provoca una disminución de la profundidad de la lámina de agua. El número de Froude, en este caso, es mayor a 1. Este estado de flujo propicia la formación de resaltos hidráulicos; estos aumentan su capacidad de disipación de energía en ciertos intervalos, alcanzando la mayor capacidad para flujos con Froude mayores a 9.

Flujo subcrítico Para este régimen de flujo las fuerzas inerciales son sobrepasadas en importancia por las gravitacionales; en el flujo se tienen velocidades y pendientes bajas, pero las profundidades de la lámina del agua, por el contrario, son mayores que las que se presentan en el flujo supercrítico. Para este tipo de flujo un aumento en la energía se traduce en un aumento en la profundidad de la lámina de agua. El número de Froude en este estado es menor a 1.

2


Para calcular el número de Froude y determinar el estado en que se encuentra el flujo se usa la siguiente relación:

En ella se relaciona la velocidad v , gravedad g y la profundidad hidráulica DH; esta última está definida como el cociente entre el área mojada y el ancho de la superficie del canal.

2. METODOLOGÍA 1. Materiales , Herramientas Y Equipos

MATERIALES

-Agua

HERRAMIENTA

-Libreta de notas

2

-Cronometro


-Balde

-Jarra Graduada

EQUIPOS

BANCO HIDRAULICO PARA CANALES

2. Procedimiento Experimental 1. Utilizar el canal de pendiente variable y sección rectangular.

2


2. Medir el ancho de la sección del canal b.

3. Colocar el canal en posición horizontal .comprobar midiendo una cota Za en la cabecera del canal y otra Zb=Za al final. 4. Abrir lentamente la valvula de regulación del caudal hasta obtener la mayor profundidad posible. 5. Esperar que se estabilice el flujo y aforar el caudal por medio de la tubería conectada para luego ser obtenida.

6. Elegir una sección y medir la profundidad del agua Y1 y Y2. 7. Variar muy poco la pendiente del canal para luego medir Za ,Zb y la distancia L entra las secciones (1) y (2) y calcular la pendiente S0. 8. Medir la profundidad en la misma sección anteriormente elegida en el numeral 5.

2


9. Repetir el proceso desde (6) el mayor numero de veces posible 10. Anotar los datos experimentales en la tabla.

CAPÍTULO III RESULTADOS OBTENIDOS EN LABORATORIO 2


1. TOMA DE DATOS •

Caudal (m3/s)

•

Pendiente de Tirante (%)

2


•

Altura Subcritica – Supercritica (m)

2. DEPURACION DE DATOS

•

2

Caudal (m3/s)


Nota: Los cuadros resaltados de amarillo son los datos que serán eliminados debido a la diferencia que tienen.

•


•


2


Nota: Los cuadros resaltados de amarillo son los datos que serán eliminados debido a la diferencia que tienen.

3. CALCULO DE LOS DATOS •

Caudal

•


•


2


4. RESULTADOS •

Energia Especifica - Y

•

Fr

•

Grafica de Energia Especifica - Tirante

2


Interpretación: Energía Específica mínima es 0.019 m, así mismo el grafico muestra que es un flujo subcritico o lento, teniendo un caudal 0.000207595 m3/s.

2


CAPÍTULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. CONCLUCIONES

2


•

Se determino que el tipo de flujo hallado es lento o subcrítico.

•

Se determino que en el flujo subcrítico son menores que la velocidad.

•

Se observo que el flujo subcrítico aparecerán pequeñas ondas superficiales avanzando corriente arriba.

•

Si el flujo es subcrítico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energía especifica aumentara y viceversa.

•

Se obtuvo una Energía Especifica Mínima de 0.019m.

•

Se obtuvo un caudal de 0.000207595 m3/s.

2. RECOMENDACIONES •

Para obtener una mayor precisión en la tomas de datos se recomienda tomar los datos como mínimo 3 veces a mas.

•

Para tener una clara demostración acerca del comportamiento del fluido se recomienda variar como mínima las pendientes de tirante.

•

Luego de haber concluido el experimento de energía específica se recomienda limpiar y secar los equipos utilizados en el laboratorio para su mayor duración.

2


2

Informe Energia Especifica

Recommend Documents