FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE HIDRÁULICA
ASIGNATURA: Taller de Obras Hidráulicas TEMA: “Investigación en el canal de Laboratorio URP, con Macrorrugosidades, Macrorrugosidades, Método Conceptual, Experimental y Numérico” Numérico”
PROFESOR: Gonzales Linares, Cesar Augusto ALUMNOS: -
Gutierrez Hurtado, Kevin Loyola Santos, Arturo Mendoza Torres, Edgar Saldaña Romero, Alexander
GRUPO: 02 SUBGRUPO: 01
Surco, 2017
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1.0. RESUMEN
En el laboratorio de ingeniería hidráulica de la Universidad Ricardo Palma, en el curso de taller de obras hidráulicas realizaremos “Estudio de macrorrugosidades en el flume de la URP para la aplicación en disipación de energía” y aplicaremos los conceptos físicos y conceptuales aprendidos en cursos anteriores con ayuda de los recursos proporcionados por la u niversidad, para así poder obtener datos y resultados, con los cuales podremos desarrollar nuestros objetivos y poder obtener conclusiones acerca del tema estudiado.
2.0. OBJETIVOS
Obtener el comportamiento hidráulico del flume con Macrorrugosidades.
Conocer el régimen de flujo con las macrorrugosidades.
Comparar resultados experimentales con resultados numéricos obtenidos en el programa HEC-RAS.
3.0. MARCO TEORICO En el flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él n o 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 a rtificial, 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.
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3.1. TIPOS DE FLUJO El flujo se puede clasificar teniendo como parámetros el tiempo y el espacio.
3.1.1. Flujo Uniforme Los parámetros hidráulicos del flujo (velocidad, profundidad) permanecen constantes a lo largo del conducto.
El flujo de líquidos en canales de sección constante y gran longitud se considera uniforme.
Figura 1: Flujo uniforme en un canal de laboratorio. Chow, V.T. 1982.
3.1.2. Flujo Variado Los parámetros hidráulicos del flujo varían a lo largo del cond ucto.
Por ejemplo, controles en los canales como compuertas, presas, cambios de pendiente, hacen que el flujo sea variado.
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Figura 2: Flujo variado. Chow, V.T. 1982.
3.1.3. Flujo Permanente Los parámetros hidráulicos del flujo permanecen constantes en el tiempo o sea que la velocidad que ocupan un punto dado es la misma para cada instante.
La mayoría de los problemas prácticos implican con diciones permanentes del flujo, como por ejemplo el transporte de líquidos bajo condiciones constantes de altura de carga.
3.1.4. Flujo No Permanente Los parámetros hidráulicos del flujo varían en el tiempo.
3.2. NUMERO DE FROUDE El número de Reynolds y los términos laminar y turbulentos no bastan para caracterizar todas las clases de flujo en los canales abiertos.
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El mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es la fuerza de gravitación. Por ejemplo, la diferencia de altura entre dos embalses hará que el agua fluya a través de un canal que los conecta. El parámetro que representa este efecto gravitacional es el Número de Froude, puede expresarse de forma adimensional. Este es útil en los cálculos del resalto hidráulico, en el diseño de estructuras hidráulicas y en el diseño de barcos.
Donde: v - velocidad media de la sección del canal [m/s] Dh - Profundidad hidráulica ( A/T ) [m]. Siendo A el área de la sección transversal del flujo y T el ancho de la lámina libre. g - aceleración de la gravedad [m/s²]
Fr<1, Flujo subcrítico o tranquilo, tiene una velo cidad relativa baja y la profundidad es relativamente grande, prevalece la energía potencial. Corresponde a un régimen de llanura. La velocidad de flujo lenta (Fr<1) se da cuando hay una pequeña alteración que se desplaza corriente arriba afectando así las condiciones co rriente arriba a este se le llama flujo subcrítico o tranquilo
Fr=1, Flujo crítico, es un estado teórico en corrientes naturales y representa el punto de transición entre los regímenes subcrítico y supercrítico.
Fr>1, Flujo supercrítico o rápido, tiene una velocidad relativamente alta y poca profundidad prevalece la energía cinética. Propios de cauces de gran pendiente o ríos de montaña. Para les velocidades de flujo altas (Fr>1) se d a lo contrario que en lo lento la alteración no puede viajar corriente arriba, entonces las corrientes arriba no pueden ser las mismas corrientes abajo a este se le llama flujo supercrítico o rápido.
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4.0. EQUIPOS
Canal de pendiente variable Wincha Cronómetro Flotadores Regla Ladrillo
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5.0. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se empieza el procedimiento experimental con el funcionamiento del canal de pendiente variable y se coloca las piedras en la zona de rugosidades en uno de los tramos del canal en forma. Se toman las medidas del canal y de las piedras de manera cuidadosa para que estas no infieran en el resultado final de nuestro laboratorio. Usando el método de los flotadores se empiezan a tomar el dato del tiempo para asi poder calcular la velocidad del flujo.
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6.0. CALCULOS REALIZADOS
7.0. MODELAMIENTO CON EL PROGRAMA HEC-RAS Diseñamos el canal
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Diseñamos la primera sección del canal
Segunda Sección:
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Tercera Sección:
Cuarta Sección:
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Procedemos a Poner los Caudales:
Perfil del agua:
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8.0. CONCLUSIONES
Comparando los resultados experimentales con los resultados numéricos obtenidos en el programa HEC-RAS, podemos observar que el número de Froud calculado por cada tramo con el software HECRAS es menor al valor calculado por los cálculos experimentales siendo F< 1 se considera un flujo suBcritico.
