UNIVERSIDAD RICARDO PALMA Facultad de Ingeniería ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO Nº 04
FLUJO NO CONFINADO O CON SUPERFICIE LIBRE CURSO:
INGENIERIA HIDRÁULICA
ALUMNA:
LEÓN AVILA, LENY STHEFANY
CÓDIGO:
201011427
DOCENTE:
ING. CIP. MANUEL CASAS VILLALOBOS
GRUPO:
02
FECHA:
19/09/13
SEMESTRE:
2013 - II
LIMA-PERÚ, SURCO – 2013
1.
INTRODUCCIÓN : El flujo dentro de un canal se origina por efectos de la gravedad que actua en el sentido de la pendiente del canal por lo que varia su velocidad. El flujo uniforme es una condición de equilibrio que tiende a producirse cuando el canal es lo suficientemente largo y tiene: pendiente, sección transversal y rugosidad constante. La relación de las fuerzas de inercia y la gravitatoria, mediante la aplicación del análisis dimensional establece la correlación conocida como el número de Froude ( F ), que clasifica el tipo de régimen del flujo de los canales, en sus formas de supercrítico, subcrítico y crítico.
2. OBJETIVO:
La práctica del laboratorio, ofrece la posibilidad de observar los diferentes resultados de flujo que se presenta en una conducción a superficie libre y realizar la medición de velocidades, empleando flotadores. Poder analizar los elementos: geométricos, cinemáticas y dinámicos del c anal
3. FUNDAMENTO TEORICO: 3.1 ClASIFICACIÓN DEL FLUJO COMO CONFINADO O LIBRE: Cuando el fluido se mueve dentro de un conducto se pueden presentar dos circunstancias diferentes:
Cuando el fluido llena totalmente el conducto, y se dice que el flujo es confinado. Cuando el fluido sólo llena parcialmente el conducto se dice que es flujo a superficie libre o libre
El flujo libre implica una cara superior en contacto con un gas, usualmente la atmósfera, y por esta circunstancia sólo es posible tener flujo libre en líquidos. En el flujo confinado el conducto debe ser cerrado, como ocurre con un tubo. En el flujo libre el conducto puede ser cerrado, como en una alcantarilla, o abierto por su parte superior, como en un canal. En el flujo confinado un aumento o disminución de la presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de éste como una onda de presión de alta velocidad y magnitud constante. En el flujo libre un aumento o disminución de presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de éste como una onda caracterizada por aumento o disminución en el área transversal del flujo y en su velocidad media. En el flujo confinado, cuando aumenta o disminuye el gradiente de la línea de energía, la velocidad aumenta o disminuye, pero el área transversal permanece constante. En el flujo libre, cuando varía el gradiente de la línea de energía, varían las velocidades y el área transversal. En ambos casos se pueden tener flujo laminar o turbulento.
3.2 REGIMEN DEL FLUJO: El número adimensional de Froude es el parámetro que indica las condiciones de escurrimiento de un flujo en una canalización a pelo libre.
en donde: F < 1 indica régimen lento o de río ( subcrítico ) F > 1 indica régimen rápido o de torrente ( supercritico ) F = 1 régimen crítico V : es la velocidad media del flujo ,y : es la profundidad o tirante hidráulico del flujo g : la aceleración de la gravedad.
3.3 VELOCIDADES MEDIAS: 3.3.1
Velocidades medias con colorante: Con una pluma (nube) de color introducida en el flujo en el c anal, registrar el tiempo de paso entre dos secciones y con la definición de velocidad, longitud entre tiempo. Encuentre la velocidad media de la masa del fluido.
3.3.2
Velocidad media con el modelo de bazin: Un método práctico para obtener la velocidad media ( V ) de una corriente por medio de flotadores a partir de la velocidad superficial (Vs) del flotador, consiste en la utilización del modelo semi empirico de Bazin, que relaciona la velocidad media V y la velocidad superficial Vs
donde : b es la corrección de la velocidad superficial
V = Velocidad media de flujo VS = Velocidad superficial R = Radio hidráulico, en metros α y β =Coeficientes según la naturaleza de las paredes de la canalización.
4. EQUIPO UTILIZADO: -Canal de pendiente variable: Es un canal de sección rectangular de pendiente variable con un sistema de alimentación de caudal.Este equipo estudia los fenómenos hidrodinamicos en canales abiertos, dando un ensayo similar al de los ríos, mares. Este equipo tiene como componentes: sistema de bombeo: 7.5 hp impulsa un máximo de 47 l/s tanque de recoleccion: de 3 a 5.80 m³. comando eléctrico pendiente variable hasta un maximo de 3° (5.25%)
-Termómetro: es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada. -Cronómetro: El funcionamiento usual de un cronómetro, consiste en empezar a contar desde cero al pulsarse el mismo botón que lo detiene. Además habitualmente puedan medirse varios tiempos con el mismo comienzo y distinto final. Para ello se congela los sucesivos tiempos con un botón distinto, normalmente con el de reinicio, mientras sigue contando en segundo plano hasta que se pulsa el botón de comienzo.
- rotámetro: Empleado para la medición del caudal de un fluido o Gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros.
-Wincha: sirve para medir los espacios
-Muestras de tecnopor: Sirve para verificar la velocidad de dicha partícula en el canal, calculando la velocidad superficial
5. PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO Y DE GABINETE:
Con ayuda del canal de pendiente variable determinamos la pendiente. Tomar nota de las características de la sección por la que discurrirá el flujo, para el calcúlalo de elementos del canal. Determinar las secciones de control y la distancia “L” que las separa
Observar el movimiento del fluido. Determinar el caudal de prueba, con ayuda del rotámetro
Medir el tiempo que tardan los flotadores en el recorrido “L”
Medir la velocidad (V) del flujo utilizando flotadores. Medir la tirante Y) de escurrimiento del agua. Repetir la experiencia para flujos subcriticos y supercríticos Con ayuda de las formulas calcular y determinar los elementos del canal.
DATOS: L= b= Q=
2.4 0.3 70
α =
0.00015
β =
0.0000045
Q=
0.0194444
m m m3/H
m3/s
6. TOMA DE DATOS: Datos
S0 (°)
Profundidad
Tiempo
Y1
Y2
Y3
Yprom
T1
T2
T3
Tprom
1
0,125
0,125
0,117
0,100
0,114
3,10
2,90
2,80
2,93
2
0,500
0,065
0,070
0,060
0,065
1,30
1,50
1,40
1,40
3
0,750
0,056
0,055
0,055
0,055
1,30
1,20
1,20
1,23
4
1,000
0,050
0,050
0,050
0,050
1,00
1,10
1,10
1,07
Datos
V. Sup m/s
Area Mojada (m2)
Radio Hidraulico (m)
b
Velocidad media m/s
N°Froude
1
0,8182
0,0342
0,0648
0,000219
0,6776
0,6408
2
1,7143
0,0195
0,0453
0,000249
1,4040
1,7582
3
1,9459
0,0166
0,0404
0,000261
1,5868
2,1538
4
2,2500
0,0150
0,0375
0,000270
1,8292
2,6118
7. CALCULOS Y RESULTADOS:
Datos
Y
T
V. Sup
Radio Hidraulico
Velocidad media m/s
V/Vs
N°F
Estado
1
0,114
2,60
0,92
0,0648
0,7645
0,8282
0,6408
Subcrítico
2
0,065
1,40
1,71
0,0453
1,4040
0,8190
1,7582
3
0,055
1,23
1,95
0,0404
1,5868
0,8154
2,1538
4
0,050
1,07
2,25
0,0375
1,8292
0,8130
2,6118
Supercrítico
8. CONCLUSIONES:
El número a dimensional de Froude es el parámetro que indica las condiciones de escurrimiento de un flujo en una canalización a pelo libre, en nuestro laboratorio la investigación nos sale como resultados flujos subcríticos y supercríticos. F < 1 indica régimen lento o de río ( subcrítico ) F > 1 indica régimen rápido o de torrente ( supercrítico ) Cuando el número de Froude es supercritico el tirante es menor, por lo que la fuerzas de inercia es mayor que las fuerzas de gravedad. Cuando el número de Froude es subcritico el tirante es mayor, por lo que la fuerzas de gravedad es mayor que las fuerzas de inercia. En el flujo confinado un aumento o disminución de la presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de éste como una onda de presión de alta velocidad y magnitud constante. En el flujo confinado el conducto debe ser cerrado, como ocurre con un tubo, En el flujo libre el conducto puede ser cerrado, como en una alcantarilla, o abierto por su parte superior, como en un canal. Un método práctico para obtener la velocidad media ( V ) de una corriente por medio de flotadores a partir de la velocidad superficial (Vs) del flotador, consiste de Bazin, que relaciona la velocidad media V y la velocidad superficial Vs En el flujo libre un aumento o disminución de presión en un punto del conducto se transmite a lo largo de éste como una onda caracterizada por aumento o disminución en el área transversal del flujo y en su velocidad media. En el flujo libre, cuando varía el gradiente de la línea de energía, varían las velocidades y el área transversal. En ambos casos se pueden tener flujo laminar o turbulento. Podemos determinar del laboratorio que el experimento se realizo con éxito, el cual nos dio una idea del comportamiento del flujo en determinadas etapas en el canal de pendiente variable. Fuimos variando la pendiente en el canal lo cual nos llevo a observar lo dicho en teoría con respecto a los tipos de flujo, mientras la pendiente era mayor podíamos ver la variante del tirante la cual reducía ya que la base del canal permanecerá siendo siempre la misma.
9. RECOMENDACIONES
Hacer marcas con cinta adhesiva para tener más exactitud del tramo que se va hacer la toma de tiempo del flotador. La iluminación es importante para poder realizar mejor el laboratorio La tomada de datos en este ensayo es muy susceptible al error humano, por ello se recomienda ser muy cuidados al efectuar la manipulación de los instrumentos como: -
Verificar la calibración del rotámetro. Verificar la lectura de la pendiente del canal de pendiente variable Lanzar los flotadores adecuadamente. Tomar los valores en los casos que el flotador tenga una trayectoria lineal. Obtener una verdadera medida del tirante de agua. Tomar con exactitud el tiempo de recorrido de los flotadores.
