UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA LABORATORIO DE DE INVESTIGACIONES HIDRÁULICAS HIDRÁULICAS
ÍNDICE INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN ......................................................... ......................................................................................................................... ........................................................................ ........ 2 OBJETIVOS.............................................................................................................. .......................................................................................................................................... ............................ 2 Objetivo General .............................................................................. ................................................................................................................................ .................................................. 2 Objetivos Específicos .......................................................... ........................................................................................................................ .............................................................. 2 MARCO TEÓRICO ...................................................... ...................................................................................................................... ........................................................................ ........ 3 Canaleta Parshall.................................... Parshall.................................................................................................... ............................................................................................ ............................ 3 EQUIPO Y MATERIALES....................................................... ................................................................................................................... ............................................................ 4 Equipo................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................ 4 Materiales ........................................................ ........................................................................................................................ .................................................................................. .................. 4 METODOLOGÍA METODOLOGÍA .......................................................... .......................................................................................................................... ........................................................................ ........ 5 REGISTRO DE DATOS ....................................................................................................................... ....................................................................................................................... 5 ECUACIONES ECUACIONES FUNDAMENTALES FUNDAMENTALES .................................................................................................. 5 CÁLCULOS ........................................................ ........................................................................................................................ .................................................................................. .................. 6 RESULTADOS ............................................................. ............................................................................................................................. ........................................................................ ........ 8 GRÁFICOS GRÁFICOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................... ................................................................................... 8 CONCLUSIONES CONCLUSIONES ......................................................... ......................................................................................................................... ........................................................................ ........ 9 RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES........................................................................................................................ ........................................................................................................................ 9 AGRADECIMIENTOS AGRADECIMIENTOS ........................................................... ....................................................................................................................... ............................................................10 REFERENCIAS............................................................. REFERENCIAS............................................................................................................................. ...................................................................... ...... 10 ANEXOS ............................................................. ........................................................................................................................... ................................................................................ .................. 11
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INTRODUCCIÓN El canal de Parshall es uno de los canales más antiguos que han seguido vigentes después de tanto tiempo, esto se debe a que su funcionalidad es muy práctica y de mucha utilidad si se requiere cambiar el tipo de flujo. Su gran forma geométrica permite que se pueda emplear en casi cualquier terreno y funciona prácticamente con cualquier caudal, ya que, tan solo variando su altura, el caudal puede cambiar de gran manera. Mediante esta práctica se pretende conocer las diversas características que tiene el canal de Parshall, es por eso que, al tener varias mediciones, al momento de realizar la grafica respectiva se comprobará que sigue una tendencia logarítmica, por otro lado, conoceremos todas las ventajas que ofrece el canal de Parshall al momento de trabajar con caudales muy diversos, en donde aplicando la fórmula, podremos calcular los caudales respectivos. Pudiendo de esta manera comprobar que las mediciones hechas en este canal son muy exactas y fiables.
OBJETIVOS Objetivo General Realizar un estudio acerca de la canaleta Parshall como estructura de aforo. Objetivos Específicos Obtener 7 mediciones diferentes de los diversos caudales que pasaron por el canal Parshall, manipulando la válvula de la tubería. Comprender el comportamiento del canal de Parshall frente a un determinado caudal.
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MARCO TEÓRICO Canaleta Parshall Es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones para medir el
“
flujo en canales abiertos. Usado para medir el flujo en ríos, canales de irrigación, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fábricas, etc. (Méndez, 2012). El canal Parshall no ”
es más que una adaptación del principio de Venturi en hidrodinámica de canales abiertos. Aplicando un estrechamiento de la sección y un levantamiento del fondo del canal, se le aplica una aceleración al flujo para forzar un cambio de régimen de subcrítico a supercrítico, lo que implica que se debe pasar por el calado crítico. Esta variación de régimen se produce además con una pérdida de energía mínima que
“
se produce gracias a una geometría que enlaza una transición de entrada, o sección convergente, una garganta y un ensanchamiento o sección divergente. (Oliveras, 2016) ”
Fuente: (Oliveras, 2016)
Gracias a Parshall, es posible establecer una relación matemática entre calado y caudal en situación de descarga libre, que se rige por la siguiente expresión: Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Telf: 3214-676 ext.: 223 Quito - Ecuador
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Donde: Q: Caudal Ha: Profundidad del agua en una posición dada C y n: Constantes que dependen de la dimensión del canal EQUIPO Y MATERIALES Equipo Canaleta Parshall
Materiales 1)
2)
3)
4)
1. Agua 2. Limnimetro (± 0,001 m) 3. Regla (± 0,001 m) 4. Recipiente
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METODOLOGÍA Con un poco de plastilina sellar las zonas aledañas a la sección de la garganta del
canal Parshall para evitar fugas.
Obtener todas las dimensiones del canal, mediante el uso de instrumentos de medición
Abrir o cerrar la válvula del agua que se encuentra para cambiar los caudales que pasan por el canal de Parshall
Repetir el proceso 7 veces para obtener los diferentes caudales
Determinar Ha con la regla cuando se cambie de caudal
Realizar el gráfico de la curva de descarga REGISTRO DE DATOS
Tabla 1 Datos obtenidos en la práctica de laboratorio Ancho de garganta (W)
0,076 m
Coeficiente n
1,547
Coeficiente k
0,176
Fuente: Autor
ECUACIONES FUNDAMENTALES Para calcular Ha se usará la fórmula de Parshall, la cual deberemos despejar en función de esta variable = ()
Donde: Ha: Carga medida aguas arriba de la garganta k: Coeficiente en función del ancho de garganta Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Telf: 3214-676 ext.: 223 Quito - Ecuador
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CÁLCULOS 1) Cálculo del caudal Nº 1 Datos: Ha: 0,147 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,147),
k: 0,176
= 9,06 ∗ 10− /
2) Cálculo del caudal Nº 2 Datos: Ha: 0,166 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,166),
k: 0,176
= 0,0109 /
3) Cálculo del caudal Nº 3 Datos: Ha: 0,262 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,262),
k: 0,176
= 0,0221 /
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4) Cálculo del caudal Nº 4 Datos: Ha: 0,210 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,210),
k: 0,176
= 0,01576 /
5) Cálculo del caudal Nº 5 Datos: Ha: 0,160 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,160),
k: 0,176
= 0,0103 /
6) Cálculo del caudal Nº 6 Datos: Ha: 0,062 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,062),
k: 0,176
= 2,38 ∗ 10− /
7) Cálculo del caudal Nº 7 Datos: Ha: 0,032 m w: 0,076 m
= ()
n: 1,547
= 0,176 (0,032),
k: 0,176
= 8,53 ∗ 10− /
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RESULTADOS Tabla 2 Cálculos de caudal obtenidos a través del uso de la fórmula de Parshall Ha (m)
Q (m³/s)
0,147
0.00907
0,166
0.0109
0,262
0.0221
0,210
0.01576
0,160
0.01034
0,062
2,38x10-3
0,032
8,53 x10-4
Fuente: Autor
GRÁFICOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Grafica 1. Gráfica de los resultados obtenidos
Análisis de caudal vs Ha calculados Ha
Línea Logaritmica
0.300 y = 0.157ln(x) - 0.0894 R² = 0.9399
0.250 0.200 0.150 a H
0.100 0.050 0.000
-0.050
8,53x10-4 2,38x10-3
0,00907
0,01034
0,0109
0,01576
0,0221
-0.100 -0.150 Caudal m3/s
Como se puede observar en la gráfica con los datos calculados se pudo obtener una gráfica que tiene una tendencia logarítmica, esto quiere decir que los cálculos han sido bien Ciudad Universitaria – Av. La Gasca y Carvajal – Telf: 3214-676 ext.: 223 Quito - Ecuador
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realizados debido a que en las gráficas que tienen a la fórmula de Parshall como base, se usa la escala logarítmica para que se pueda formar correctamente la curva de descarga del canal. CONCLUSIONES El canal de Parshall goza de muchas aplicaciones en la hidráulica y esto se debe a que goza de una gran versatilidad en este campo, debido a que los datos obtenidos de este, son muy precisos, rápidos y fáciles de obtener. El comportamiento del caudal depende mucho del ancho que tenga la sección de la garganta en el canal de Parshall ya que, es aquí en donde se puede aumentar o disminuir la energía, por lo que esto se pudo comprobar con los diferentes caudales que pasaron a través del canal de Parshall, en donde observamos que los flujos variaban antes y después de que pasarán por la sección de la garganta. Las características que tiene un canal Parshall son varias, sin embargo, la funcionalidad en un ámbito más laboral es muy grande ya que permite controlar adecuadamente como se quiere que el fluido pase a través del canal. RECOMENDACIONES Una breve charla acerca de cómo funcionan los instrumentos que se van a usar en la práctica, sería muy idónea, ya que, en esta práctica se evidenció que la falencia en cuanto a conocimientos de cómo manejar instrumentos específico es muy grande, provocando que haya confusión y desorden al momento de medir un valor. Una mayor organización acerca de las actividades que se hará en el laboratorio es algo muy importante ya que hubo mucha confusión acerca de que se estaba realizando, esto se debe a que, el curso se dividió en grupos y estos grupos se mezclaban entre sí, entorpeciendo el trabajo a los demás compañeros.
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AGRADECIMIENTOS Agradezco a la facultad de ingeniería, ciencias físicas y matemática por permitirnos usar sus instalaciones para poder realizar la presente práctica, del mismo modo, a sus ayudantes por compartir su conocimiento con nosotros para así poder realizar una mejor práctica y poder minimizar errores en el procedimiento. Por otro lado quiero agradecer a mis padres por darme la oportunidad de seguir la educación superior en la universidad Central del Ecuador, para así salir como un buen profesional en mi carrera. Finalmente agradezco a todo el personal docente altamente capacitado, que gracias a ellos, cada día adquirimos mayor conocimiento que nos servirá para desenvolvernos de la mejor manera en el ámbito profesional en un futuro.
REFERENCIAS Méndez, D. (02 de Noviembre de 2012). Slideshare. Obtenido de Slideshare:Canaleta Parshall: https://es.slideshare.net/rafadavimendez/canaleta-parshall Oliveras, J. (12 de Julio de 2016). Hidrojing . Obtenido de Hidrojing: http://www.hidrojing.com/canal-parshall-casi-cien-anos-midiendo-caudales/
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ANEXOS
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