Informes Laboratorio Hidrualica II Kelly Rodriguez Cod 7300113

8/16/2019 Informes Laboratorio Hidrualica II Kelly Rodriguez Cod 7300113

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INFORMES DE LABORATORIO HIDRAULICA II

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

INGENIERIA CIVIL

HIDRÁULICA II Y LABORATORIOINFORMES DE LABORATORIO

PRESENTADO POR:

KELLY A RODRIGUEZ COD 7300113

PRESENTADO A ING. JESUS HERNANDO RAMOS CASTIBLANCO

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADAINSTTITUTO DE EDUCACION A DISTANCIA

INGENIERIA CIVIL

BOGOTA, F E B R E R O 2013


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INGENIERIA CIVIL

TABLA DE CONTENIDO

1. LABORATORIO FLUJO UNIFORME ........................................................................................ 6 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 6

MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................... 7 DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO UNIFORME .......................................................................................... 8 DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO UNIFORME....................................................................... 9 D ATOS DE L ABORATORIO ......................................................................................................................... 9 1.1.1 Pendiente inicial ....................................................................................................................... 9 1.1.2 Caudales ................................................................................................................................ 10 1.1.3 Profundidad normal observada ............................................................................................... 11 1.1.4 Coeficiente de rugosidad de Manning "n"................................................................................ 14 1.1.5 Coeficiente de resistencia de Chezy "C" ................................................................................. 15 1.1.6 Número de Froude Fr ............................................................................................................. 15 1.1.7 Profundidad crítica yc ............................................................................................................. 15 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS .............................................................................................................. 16 1.1.8 Condiciones de flujo ............................................................................................................... 19

ANALISIS DE RESULTADOS FLUJO UNIFORME .............................................................................. 20 CONCLUSIONES FLUJO UNIFORME ................................................................................................ 21 2. LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO............................................................ 22 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 22 DIAGRAMA DE FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ......................................................................... 23 DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO .......................................... 24 D ATOS DE L ABORATORIO ....................................................................................................................... 24 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS .............................................................................................................. 29 PERFILES OBTENIDOS ........................................................................................................................... 33

ANALISIS DE RESULTADOS FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ................................................... 39 CONCLUSIONES FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ..................................................................... 40 3. LABORATORIO CHIMENA DE EQUILIBRIO .......................................................................... 41 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 41 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................. 42 DIAGRAMA DE FLUJO CHIMENA DE EQUILIBRIO ............................................................................ 43 DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO .......................................... 44 D ATOS DE L ABORATORIO ....................................................................................................................... 44 3.1.1 Calculo de Coeficiente Fricción K1 ......................................................................................... 44 3.1.2 Calculo Zmax ......................................................................................................................... 45 3.1.3 Graficas F(z) vs z .................................................................................................................... 46

ANALISIS DE RESULTADOS DE CHIMENEA DE EQUILIBRIO .......................................................... 48 CONCLUSIONES FLUJO CHIMENEA DE EQUILIBRIO ...................................................................... 49 4. LABORATORIO COMPUERTAS ............................................................................................ 50 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 50 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................. 51 DIAGRAMA DE FLUJO CHIMENA DE EQUILIBRIO ............................................................................ 52 DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO .......................................... 53

D ATOS DE L ABORATORIO ....................................................................................................................... 53 4.1.1 Calculo de coeficientes de descarga Cd ................................................................................. 54 4.1.2 Calculo de coeficientes de descarga Cc ................................................................................. 54

ANALISIS DE RESULTADOS DE COMPUERTAS .............................................................................. 58 CONCLUSIONES FLUJO COMPUERTAS .......................................................................................... 59


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INGENIERIA CIVIL

5. LABORATORIO RESALTO HIDRAULICO .............................................................................. 60INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 60 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................. 61 DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ............................................................. 62 DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO .......................................... 63 D ATOS DE L ABORATORIO ....................................................................................................................... 63

5.1.1 CALCULOS ............................................................................................................................ 63 5.1.2 Cálculos de Y2 TEÓRICO. ..................................................................................................... 64 5.1.3 Línea Piezometrica ................................................................................................................. 64 5.1.4. Medida de Profundidades Y1 y Y2 .......................................................................................... 66 5.1.5. Calculo de La perdida de Energia ........................................................................................... 68 5.1.6. Decir por qué la fuerza específica ........................................................................................... 70 ANALISIS DE RESULTADOS DE RESALTO HIDRAULICO .................................................................................. 71 CONCLUSIONES RESALTO HIDRAULICO ..................................................................................................... 72 6. LABORATORIO DE VERTEDEROS .................................................................................................. 73 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 73 MARCO TEÓRICO................................................................................................................................... 74 DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ............................................................................. 75 DESARROLLO DE LABORATORIO VERTEDEROS ........................................................................................... 76 DATOS DE LABORATORIO ............................................................................................................................. 76 6.1.1 ECUACIONES:....................................................................................................................... 77 ANALISIS DE RESULTADOS DE RESALTO HIDRAULICO .................................................................................. 78 CONCLUSIONES VERTEDEROS ................................................................................................................. 79 GLOSARIO ............................................................................................................................................ 80


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TABLAS

Tabla 3.1 Parámetros geométricos del canal ....................................................................................... 9 Tabla 1.2 Datos obtenidos en laboratorio .......................................................................................... 10 Tabla 1.3 Determinación de caudales ............................................................................................... 10 Tabla 1.4 Profundidad promedio en Q1 ............................................................................................. 11 Tabla 1.5 Profundidad promedio en Q2 ............................................................................................. 12 Tabla 1.6 Profundidad promedio en Q3 ............................................................................................. 13 Tabla 1.7 Relaciones geométricas del canal ...................................................................................... 16 Tabla 1.8 Condiciones ideales y experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q1 .................. 16 Tabla 1.9 Condiciones ideales y experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q2 .................. 17 Tabla 1.10 Condiciones ideales y experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q3 ................. 18 Tabla 1.11 RESUMEN ....................................................................................................................... 19 Tabla 2.3 Determinación de caudales ............................................................................................... 25 Tabla 2.4 Profundidad promedio en Q1 ............................................................................................. 26 Tabla 2.5 Profundidad promedio en Q2 ............................................................................................. 27 Tabla 2.7 Relaciones geométricas del canal ...................................................................................... 29 Tabla 2.8 Condiciones ideales y experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q1 .................. 29 Tabla 3.4 Profundidad Zmax Vs T en Q1........................................................................................... 46 Tabla 4.1 Datos iniciales tomados en el laboratorio ........................................................................... 53 Tabla 4.2 Calculo de la descarga a partir de los datos recopilados .................................................... 54 Tabla 1.3 coeficientes de descarga Cd .............................................................................................. 54 Tabla 1.4 cálculos para determinar coeficiente de descarga Cc ......................................................... 54 Tabla 5.1 Datos iniciales tomados en el laboratorio ........................................................................... 63 Tabla 6.1 Datos iniciales tomados en el laboratorio ........................................................................... 76 Tabla 6.1 Datos Vertederos Triangular y Rectangular ....................................................................... 76


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INGENIERIA CIVIL

GRÁFICAS

Gráfica 1.1 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q1............... 12 Gráfica 1.2 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q2 ............... 13 Gráfica 1.3 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q3............... 14 Gráfica 1.4 comportamiento de las coordenadas de profundidad en función de la longitud ............... 16 Gráfica 1.5 comportamiento de las coordenadas de profundidad en función del la longitud ............... 17 Gráfica 1.6 comportamiento de las coordenadas de profundidad en función del la longitud ............... 18 Gráfica 2.1 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q1............... 26 Gráfica 2.2 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q2 ............... 27

Gráfica 2.4 Comportamiento de la profundidad Normal en función de la Prpfundidad Critica Q1 ....... 30 Gráfica 3.1 Variación de la altura Z max promedio ............................................................................ 46 Gráfica 4.1 Altura de la compuerta a1 ............................................................................................... 55 Gráfica 4.2 Altura de la compuerta a2 ............................................................................................... 56 Gráfica 4.3 Altura de la compuerta a3 ............................................................................................... 56 Gráfica 1.4 Resumen de cálculos obtenidos ...................................................................................... 57 Gráfica 5.1 Comportamiento de resalto ............................................................................................. 65 Gráfica 6.1 Comportamiento de Los vertederos en función del Caudal .............................................. 77 Gráfica 6.21 Ecuaciones Lineales de Los Vertederos ........................................................................ 77


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INGENIERIA CIVIL

1. LABORATORIO FLUJO UNIFORME

INTRODUCCIÓN

El flujo libre se presenta cuando los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y soloestán parcialmente envueltos por un contorno sólido.

El conducto por el cual circula agua con flujo libre se llama canal, el que puede sercerrado o abierto. Las características generales del flujo libre son:

Presenta una superficie del líquido en contacto con la atmósfera, llamada superficielibre.

La superficie libre coincide con la línea piezométrica. Cuando el fluido es agua a temperatura ambiente, el régimen de flujo es

usualmente turbulento.

OBJETIVO GENERAL

Determinar la información obtenida en el laboratorio (condiciones ideales) del flujouniforme.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Mediante el análisis gráfico de los resultados obtenidos, determinar elcomportamiento de la profundidad crítica en función de la longitud del canal.

Comprender y efectuar las operaciones necesarias para la determinación de losparámetros de requeridos en los análisis y determinación de caudales en el ensayo

de flujo uniforme.


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INFORMES DE LABORATORIOS HIDRAULICA II

HIDRAULICA II

MARCO TEÓRICO

Cuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluyeaguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes de lasfuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del movimientoUn flujo uniforme se alcanzará si la resistencia se equilibra con las fuerzas gravitacionales.La profundidad del flujo uniforme se conoce como profundidad normal.

Se considera que el flujo uniforme tiene las siguientes características principales:

La profundidad, el área mojada, la velocidad y el caudal en cada sección del canalson constantes.

La línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos, es decir,sus pendientes son todas iguales Sf = Sw = So = S, donde Sf es la pendiente

de la línea de energía, Sw es la pendiente del agua y So es la pendiente del fondo delcanal.

Figura No1. Consideraciones para la ecuación de Chézy

La mayor parte de las ecuaciones prácticas de flujo uniforme pueden expresarse en laforma V= C RX SY, donde V es la velocidad media; R es el radio hidráulico; S es la pendientede la línea de energía; X y Y son exponentes; y C es un factor de resistencia al flujo, el cualvaría con la velocidad media, el radio hidráulico, la rugosidad del canal, la viscosidad ymuchos otros factores.

Se han desarrollado y publicado una gran cantidad de ecuaciones prácticas de flujouniforme. Las ecuaciones mejor conocidas y más ampliamente utilizadas son lasecuaciones de Chézy y de Manning.

Coeficiente de ChezyEcuación de Manning


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HIDRAULICA II

DIAGRAMA DE FLUJO FLUJO UNIFORME


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HIDRAULICA II

DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO UNIFORME

Datos de Laboratorio

Tabla.1.1 Parámetros geométricos del canal

Abscisas Δx x

dx 10 0 0

dx 10-13 91.5 91.5

dx 13-16 90 181.5

dx 16-19 99 280.5

dx 19-23 118 398.5

1.1.1 Pendiente inicial

La inclinación inicial del canal determina la pendiente del mismo a través del experimento,

de acuerdo a las características del Flujo Uniforme en el que la pendiente de energía

hidrostática (piezométrica) es constante e igual a la pendiente del canal.

Lo anterior es posible ya que cada profundidad y es proporcional a las lecturas

piezométricas.


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HIDRAULICA II

Tabla 1.2 Datos obtenidos en laboratorio

Horizontal

Inclinada

Valores hpiez Y hpiez Y hpiez Y

10 2.17 1.95 2.1 1.8 2.1 1.9 2.12 1.9

11 2.17 1.94 2.1 1.8 2.1 1.9 2.1 2

12 2.17 1.92 2.08 1.8 2.08 1.9 1.99 2

13 2.17 1.9 2.07 2 2.08 2 1.98 2

14 2.17 1.87 2.05 2.1 2.05 2.1 1.97 2.1

15 2.17 1.85 2.03 2.2 2.04 2.1 1.95 2.2

16 2.17 1.81 2 2.6 2.01 2.1 1.92 2.2

17 2.17 1.78 1.98 2.6 2 2.3 1.9 2.3

18 2.17 1.76 1.96 2.6 1.98 2.4 1.88 2.4

19 2.17 1.73 1.94 2.6 1.95 2.5 1.85 2.5

20 2.17 1.7 1.9 2.6 1.9 2.5 1.83 2.521 2.17 1.66 1.87 2.6 1.84 2.6 1.8 2.6

22 2.17 1.63 1.85 2.8 1.85 2.6 1.75 2.7

23 2.16 1.58 1.8 2.8 1.82 2.6 1.73 2.7

Hv 14.4 21.9 24.9 25.4

Q3Q2

PIEZ. No.

LECTURA INICIAL Q1

1.1.2 Caudales

Tabla 1.3 Determinación de caudales

Q314.6

0.3446 lps 4.8038 LPS 8.4082 LPS 9.1225 LPS344.569076 cm3 4803.79 cm3/s 8408.16 cm3/s 9122.51 cm3/s

0.0003 m3/s 0.0048 m3/s 0.0084 m3/s 0.0091 m3/s

H = (Hv - H0)UNIDAD

11.1 14.1

DETERMINACIÓN DE CAUDALES

Q2Q1Q0

Q (0,0172H2,34)

3.6


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HIDRAULICA II

1.1.3 Profundidad normal observada

La profundidad normal cumple la condición AR2/3=nQ/s1/2 siendo la profundidad constante

que es mantenida por el flujo cuando el caudal y las condiciones del canal (rugosidad y

pendiente) no cambian. En el presente caso se ha determinado como el promedio de los

valores "y" observados.

Tabla 1.3 Profundidad promedio en Q1

Intervalos

de

profundidad

Altura

piezométrica

promedio

Profundidad

promedio

y 10 2.10 1.80

y 10-13 3.31 2.35

y 13-16 3.31 2.35

y 16-19 3.31 2.35

y 19-23 3.309 2.350

PENDIENTE ynormal

0.00236

PROMEDIO

3.3087

2.3500

Q1


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HIDRAULICA II

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

A l t u r a ( c m )

Longitud del canal

Q1 = 4.8 lps

Altura

piezométrica

promedioProfundidad

experimental

Altura

piezométrica

inicialLineal (Altura

piezométrica

promedio)

y

h0

h

Gráfica 1.1 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q1

Tabla1.4 Profundidad promedio en Q2

Intervalos

de

profundidad

Altura

piezométrica

promedio

Profundidadpromedio

y 10 2.10 1.90

y 10-13 3.51 1.93

y 13-16 3.51 2.10

y 16-19 3.51 2.40

y 19-23 3.51 2.58

PENDIENTE ynormal

0.00276

PROMEDIO

3.5133

Q2

2.2769


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HIDRAULICA II

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

A l t u r a ( c m )

Longitud del canal

Q2 = 8.41 lps

Altura piezométrica

promedio

Profundidad

experimental


inicial

Lineal (Altura

piezométrica promedio)

Lineal (Altura

piezométrica inicial)

y

h0

h

Gráfica1.2 Variación de la altura PZ promedio en función de la longitud del canal para Q2

Tabla1.5 Profundidad promedio en Q3

Intervalos

deprofundidad

Altura

piezométricapromedio

Profundidad

promedio

y 10 2.12 1.90

y 10-13 2.02 2.00

y 13-16 1.95 2.17

y 16-19 1.88 2.40

y 19-23 1.78 2.63

PENDIENTE ynormal

-0.00084

PROMEDIO

1.8968

Q3

2.3221


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HIDRAULICA II

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0 100 200 300 400 500

A l t u r a ( c m )

Longitud del canal

Q3 9.12 lps


promedio

Profundidad experimental

Altura piezométrica inicial

Lineal (Altura piezométrica

promedio)


inicial)

yh0

h


La pendiente del canal de acuerdo a las alturas piezométricas es de 0,00261, en la anterior

tabla se ha comparado esta con la obtenida tras variar (aumentar) el caudal:

1.1.4

Coeficiente de rugosidad de Manning "n"Este parámetro del canal se ha calculado para cada caudal a partir de la ecuación:

Para canales rectangulares:

A= by

R=A/P=by/b+2y


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HIDRAULICA II

1.1.5 Coeficiente de resistencia de Chezy "C"

Este parámetro del canal se ha calculado para cada caudal a partir de la ecuación:

1.1.6 Número de Froude Fr

El número de Froude define la relación entre las fuerzas inerciales y la velocidad del flujo,

está determinado por la ecuación:

Para canales rectangulares:

D= A/T =by/b=y

1.1.7 Profundidad crítica yc

La profundidad crítica es la altura de la lámina de agua que indica el cambio de flujo entre

supercrítico y subcrítico, es decir, para la cual Fr = 1. Para canales rectangulares:

Q=Q/b


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HIDRAULICA II

Resultados de los ensayos

Tabla 1.6 Relaciones geométricas del canal

Q A(m2) P(m) R(m)

Q1 0.0048 0.2525 0.0191

Q2 0.0047 0.2510 0.0186

Q3 0.0048 0.25 0.02

Geometria del Canal

Tabla ¡Error! No hay texto con el estilo especificado en el documento..7 Condiciones idealesy experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q1

x Fondo

Profundidad

experiment

al

Coordenada

profundidad

normal

Altura

piezométrica

promedio

Videal (cm/s)Altura de

velocidad

Altura de

energía

Coordenada

profundidad

crítica

0.00 0.00 1.80 2.35 2.10 99.47 5.04 7.39 3.82

91.50 -0.03 2.32 2.32 3.31 99.47 5.01 7.34 3.79

181.50 -0.06 2.29 2.29 3.31 99.47 4.99 7.28 3.76

280.50 -0.09 2.26 2.26 3.31 99.47 4.96 7.22 3.73

398.50 -0.12 2.23 2.23 3.31 99.47 4.92 7.15 3.70

yn (cm) q (m3/s.m) n C yc (cm) Fr

2.35 0.0234 0.0013 408.82 3.82 2.07

Q1

4.8LPS

CONDICIONES IDEALIZADAS Y EXPERIMENTALES REFERIDAS AL FONDO DEL CANAL

-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00

c m

Longitud (cm)

CONDICIONES IDEALES Q1

Fondo

Coordenada

profundidad normal

Coordenada

profundidad crítica

yn

Fondo=S0.x

yc

y

Gráfica 1.4 comportamiento de las coordenadas de profundidad en función de la longitud


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HIDRAULICA II

Tabla ¡Error! No hay texto con el estilo especificado en el documento..8 Condiciones idealesy experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q2

x Fondo

Profundidad

experimental

Coordenada

profundidadnormal

Altura

piezométricapromedio

Videal (cm/s) Altura develocidad Altura deenergía

Coordenada

profundidadcrítica

0.00 0.00 1.90 2.28 2.10 179.70 16.46 18.74 5.55

91.50 -0.03 1.91 2.25 3.51 179.70 16.43 18.68 5.52

181.50 -0.06 2.04 2.22 3.51 179.70 16.40 18.62 5.49

280.50 -0.09 2.31 2.19 3.51 179.70 16.37 18.56 5.46

398.50 -0.12 2.45 2.15 3.51 179.70 16.34 18.49 5.42


2.28 0.04 0.0007 748.12 5.55 3.80

Q2

8.41LPS


-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00

c m

Longitud (cm)

CONDICIONES IDEALES Q2Fondo

Coordenada profundidad normal

Coordenada profundidad crítica


yn

Fondo=S0.x

yc

y

Gráfica1.5 comportamiento de las coordenadas de profundidad en función del la longitud


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HIDRAULICA II

Tabla 1.9 Condiciones ideales y experimentales de acuerdo al fondo del canal para Q3

x Fondo

Profundidad

experiment

al

Coordenada

profundidad

normal

Altura

piezométrica

promedio

Videal (cm/s)Altura de

velocidad

Altura de

energía

Coordenada

profundidad

crítica

0.00 0.00 1.90 2.32 2.12 191.17 18.63 20.95 5.86

91.50 -0.03 1.97 2.29 2.02 191.17 18.60 20.89 5.83

181.50 -0.06 2.11 2.27 1.95 191.17 18.57 20.84 5.80

280.50 -0.09 2.31 2.24 1.88 191.17 18.54 20.78 5.77

398.50 -0.12 2.50 2.20 1.78 191.17 18.50 20.70 5.73


2.32 0.04 0.0007 789.53 5.86 4.01

9.12LPS

Q3


-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00

c m

Longitud (cm)

CONDICIONES IDEALES Q3

Fondo

Coordenada profundidad

normal

Coordenada profundidad

crítica

Profundidad experimentalyn

Fondo=S0.x

yc

y

Gráfica 1.6 comportamiento de las coordenadas de profundidad en función del la longitud


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HIDRAULICA II

1.1.8 Condiciones de flujo

El Flujo Uniforme está regulado por las características del canal (pendiente, rugosidad,

propiedades geométricas) y el caudal además de las profundidades normal y crítica.

Tabla.101 RESUMEN

Q yn yc n C Fr

4.8038 2.35 3.82 0.0013 408.82 2.07

8.4082 2.28 5.55 0.0007 748.12 3.80

9.1225 2.32 5.86 0.0007 789.53 4.01

RESUMEN

0.0000

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.0010

0.0012

0.0014

0.0000 2.0000 4.0000 6.0000 8.0000 10.0000

n

Q (LPS)

Variación de n con Q

n

Gráfica 1.7 Variacion del Coeficiente de Rugosidad con respecto al Caudal


20/82


HIDRAULICA II

ANALISIS DE RESULTADOS FLUJO UNIFORME

En los anteriores gráficos se observa la proporcionalidad entre las alturaspiezométricas y las profundidades observadas lo que demuestra que la distribuciónde presiones a través del canal es de tipo hidrostático.

La profundidad real muestra una tendencia a aumentar tal como en el perfil típicoque se esperaría de un Flujo Gradualmente variado incluso bajo las condicionesestables de los experimentos. Dicha profundidad converge a un valor medio y establetal como la profundidad normal.

El valor encontrado del Coeficiente de Rugosidad "n" de Manning (aprox. 0,002) parael tipo de canal (acrílico) es de los más bajos referidos en la literatura, incluso menor

al del PVC cuya magnitud promedio es de 0,009, de hecho según los resultados sumagnitud es proporcional al caudal (disminuye mientras este aumenta) indicandoposiblemente que no es un valor constante o que está correlacionado con otravariable.

En todos los casos el flujo es supercrítico, demostrado esto por los Números deFroude (mayores a 1) y la permanencia de la lámina de agua por debajo de laprofundidad crítica, esta situación puede asimilarse a un flujo rápido.


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HIDRAULICA II

CONCLUSIONES FLUJO UNIFORME

Pudimos determinar que los valores encontrados corresponden a las características de flujouniforme algo muy importante ya que comprueba todo lo estudiado en la teoría.

Se observó durante la práctica que las pendientes de la solera y de la superficie delagua tienden a ser paralelas, por lo cual se pueden usar las diferentes ecuaciones deflujo uniforme vistas en clase, sin dejar de satisfacer el hecho de que para que el aguafluya uniformemente dentro de un canal debe existir una inclinación en la solera.

Podemos obtener el tipo de flujo que observamos en la práctica de acuerdo con laslíneas de pendientes o también por medio del número de froude halladoteóricamente.

Se comprobó que la relación asumida por Manning para la deducción de su fórmula,es fácilmente corroborable en la práctica porque se puede obtener el coeficiente Cen función del coeficiente n y viceversa, sin dejar de obtener los valores de velocidady caudal iguales, considerados para cada tramo. Por ello es tan fácil obtener distintos

valores de rugosidad en función de otros valores, tal y como lo demuestra estarelación y las relaciones establecidas por Powell y Bazin.


22/82


HIDRAULICA II

2.

LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

INTRODUCCIÓN

Se define el flujo gradualmente variado como el flujo permanente en el cual laprofundidad varía con la distancia longitudinal de forma gradual. Estas situaciones sepueden presentar aguas arriba o aguas abajo de secciones de control como en el casode vertederos, estructuras de caída o entradas de alcantarillas. La profundidad delflujo gradualmente variado por lo general se representa por la profundidad y, sin utilizarsubíndice.

Para el diseño de canales, es necesario conocer los principios que rigen el flujo gradualmentevariado, con el fin de analizar el comportamiento del flujo cuando se producen cambios enla rugosidad, el tamaño de la sección transversal, la forma o la pendiente del canal. El

objetivo principal en el análisis del flujo gradualmente variado es predecir el perfil quetendrá la superficie libre en uncanal cuyo caudal es permanente.

En un canal pueden existir secciones donde la profundidad del agua está forzada atener un valor diferente del correspondiente a la tirante normal. En estos casos, elperfil de la superficie líquida tiene que variar en forma gradual.

La forma adoptada por la superficie del agua donde ocurre la transición entre esas dosprofundidades se denomina perfil del flujo.

OBJETIVO GENERAL

Analizar el comportamiento del flujo gradualmente variado en un canal.


Familiarizarse con los parámetros que intervienen en la determinación del flujogradualmente variado

Observar y calcular diferentes perfiles de flujo Afianzar los conceptos aprendidos sobre el comportamiento del flujo gradualme

nte variado en un canal


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HIDRAULICA II

DIAGRAMA DE FLUJO GRADUALMENTE VARIADO


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HIDRAULICA II

DESARROLLO DE LABORATORIO FLUJO GRADUALMENTE VARIADO



Horizontal Inclinada hpiez Y hpiez Y hpiez Y

10 21.7 19.5 21 1.7 21 1.7 21 1.8

11 21.7 19.4 20.9 1.8 21 1.8 20.9 2

12 21.7 19.2 20.7 1.9 20.8 1.8 20.8 2

13 21.7 19 20.6 2 20.6 1.9 20.8 2.1

14 21.7 18.7 20.5 2.1 20.5 2 28 11.4

15 21.7 18.5 20.2 2.2 20.2 2.2 30 11.6

16 21.7 18.1 20 2.2 23.5 2.6 30.3 11.9

17 21.7 17.8 16.8 2.4 27 9.1 30.6 12.318 21.7 17.6 19.5 2.4 27.7 10 30.7 12.6

19 21.7 17.3 19.3 2.4 28 11 30.7 13.2

20 21.7 17 22.5 6.5 28 11.3 30.7 13.6

21 21.7 16.6 23.5 7.2 28 11.6 30.7 14

22 21.7 16.3 24 8.2 28 12.2 30.7 14.4

23 21.6 15.8 24.2 8.4 28.2 12.7 31 15.1

Hv 14.4 23.8 25.1 26

PIEZ. No.LECTURA INICIAL Q1 Q2 Q3

Tabla 2.2 Datos obtenidos Pendiente

PENDIENTE DEL

CANAL (S0)

ANCHO DEL

CANAL (b cm)

LECTURA

INICIAL DEL

VERTEDERO

(H0 cm)

ABERTURA

DE LA

COMPUERTA

(a cm)

0.00923 20.55 10.8 2.5


25/82


HIDRAULICA II

Tabla 2.11 Determinación de caudales

0.3446 lps 6.9527 LPS 8.6899 LPS 10.0240 LPS

344.569076 cm3 6952.74 cm3/s 8689.90 cm3/s 10024.03 cm3/s0.0070 m3/s 0.0087 m3/s 0.0100 m3/s

13 14.3 15.2

Q (0,0172H2,34)

DETERMINACIÓN DE CAUDALES

Q0 Q1 Q2 Q3

H = (Hv - H0) 3.6


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HIDRAULICA II


Intervalos de

profundidad

Altura

piezométrica Profundidad

y 10 21.00 1.70

y11 20.90 1.80

y12 20.70 1.90

y13 20.60 2.00

y14 20.50 2.10

y15 20.20 2.20

y16 20.00 2.20

y17 16.80 2.40

y18 19.50 2.40

y19 19.30 2.40

y20 22.50 6.50

y21 23.50 7.20y22 24.00 8.20

y23 24.20 8.40

PENDIENTE ynormal

0.00731

PROMEDIO

26.8867

2.6760

Q1

-1.00

4.00

9.00

14.00

19.00

24.00

29.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

A l t u r a ( c m )

Longitud del canal

Q1 = 6.95 lps


Profundidad

experimental


inicial

Lineal (Altura


y

h0

h



27/82


HIDRAULICA II


Intervalos de

profundidad

Altura

piezométrica

Profundida

d

y 10 21.00 1.70y11 21.00 1.80

y12 20.80 1.80

y13 20.60 1.90

y14 20.50 2.00

y15 20.20 2.20

y16 23.50 2.60

y17 27.00 9.10

y18 27.70 10.00

y19 28.00 11.00

y20 28.00 11.30

y21 28.00 11.60

y22 28.00 12.20

y23 28.20 12.70

PENDIENTE ynormal

0.02508

PROMEDIO

31.8507

3.3181

Q2

-1.00

4.00

9.00

14.00

19.00

24.00

29.00

34.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

A l t u r a ( c m )

Longitud del canal

DATOS EXPERIMENTALES Q2 = 8.69 lps



Altura piezométrica inicial


inicial)

y

h0

h



28/82


HIDRAULICA II


Intervalos de

profundidad

Altura

piezométrica

Profundida

d

y 10 21.00 1.80y11 20.90 2.00y12 20.80 2.00

y13 20.80 2.10

y14 28.00 11.40

y15 30.00 11.60

y16 30.30 11.90

y17 30.60 12.30

y18 30.70 12.60

y19 30.70 13.20

y20 30.70 13.60

y21 30.70 14.00

y22 30.70 14.40

y23 31.00 15.10

PENDIENTE ynormal0.02928

PROMEDIO

36.2271

3.4537

Q3

-1.00

4.00

9.00

14.00

19.00

24.00

29.00

34.00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

A l t u r a ( c m )

Longitud del canal

DATOS EXPERIMENTALES Q3 10,02 lps


Profundidad

experimental


inicial

Lineal (Altura


y

h0

h



29/82


HIDRAULICA II

Resultados de los ensayos

Tabla 2.14 Relaciones geométricas del canal

Q A(m2) P(m) R(m)

Q1 0.0055 0.2590 0.0212

Q2 0.0068 0.2719 0.0251

Q3 0.0071 0.27 0.03

Geometria del Canal


x Fondo

Profundidad

experiment

al

Coordenada

profundidad

normal

Alturapiezométrica

Videal(cm/s)

Altura develocidad

Altura deenergía

Coordenada

profundidad

crítica

x (m)

Profundida

dexperiment

al (m)

0.00 0.00 1.70 2.68 21.00 126.43 8.15 10.82 4.89 0.0000 0.017

30.33 -0.28 1.52 2.40 20.90 126.43 7.87 10.26 4.61 0.3033 0.015

60.67 -0.56 1.34 2.12 20.70 126.43 7.59 9.70 4.33 0.6067 0.013

91.00 -0.84 1.16 1.84 20.60 126.43 7.31 9.14 4.05 0.9100 0.011

121.00 -1.12 0.98 1.56 20.50 126.43 7.03 8.59 3.77 1.2100 0.009

151.00 -1.39 0.81 1.28 20.20 126.43 6.75 8.04 3.49 1.5100 0.008

181.00 -1.67 0.53 1.01 20.00 126.43 6.48 7.48 3.22 1.8100 0.005

214.00 -1.97 0.43 0.70 16.80 126.43 6.17 6.88 2.91 2.1400 0.004

247.00 -2.28 0.12 0.40 19.50 126.43 5.87 6.27 2.61 2.4700 0.001

280.00 -2.58 -0.18 0.09 19.30 126.43 5.56 5.66 2.30 2.8000 -0.001

309.50 -2.86 3.64 -0.18 22.50 126.43 5.29 5.11 2.03 3.0950 0.036

339.00 -3.13 4.07 -0.45 23.50 126.43 5.02 4.57 1.76 3.3900 0.040

368.50 -3.40 4.80 -0.72 24.00 126.43 4.75 4.02 1.49 3.6850 0.048

398.00 -3.67 4.73 -1.00 24.20 126.43 4.48 3.48 1.21 3.9800 0.047


2.6760 0.0338 0.0030 175.40 4.8866 -


6.95LPS


30/82


HIDRAULICA II

-5.00

-4.00

-3.00

-2.00

-1.00

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00

c m

Longitud (cm)

PROFUNDIDADES NORMAL Y CRÍTICA Q1Fondo

Coordenada

profundidad normal

Coordenada

profundidad crítica

Profundidad

experimental

yn

Fondo=S0.x

yn

Fondo=S0.x

yc

y

Gráfica 2.9 Comportamiento de la profundidad Normal en función de la PrpfundidadCritica Q1


x Fondo

Profundidad

experiment

al

Coordenada

profundidad

normal

Altura

piezométrica

Videal

(cm/s)

Altura de

velocidad

Altura de

energía

Coordenada

profundidad

crítica

x (m)

Profundida

d

experiment

al (m)8.69LPS 0.00 0.00 1.70 3.32 21.00 127.44 8.28 11.60 5.67 0.0000 0.0170

30.33 -0.28 1.52 3.04 21.00 127.44 8.00 11.04 5.39 0.3033 0.0152

60.67 -0.56 1.24 2.76 20.80 127.44 7.72 10.48 5.11 0.6067 0.0124

91.00 -0.84 1.06 2.48 20.60 127.44 7.44 9.92 4.83 0.9100 0.0106

121.00 -1.12 0.88 2.20 20.50 127.44 7.16 9.36 4.55 1.2100 0.0088

151.00 -1.39 0.81 1.93 20.20 127.44 6.88 8.81 4.28 1.5100 0.0081

181.00 -1.67 0.93 1.65 23.50 127.44 6.61 8.26 4.00 1.8100 0.0093

214.00 -1.97 7.13 1.34 27.00 127.44 6.30 7.65 3.70 2.1400 0.0713

247.00 -2.28 7.72 1.04 27.70 127.44 6.00 7.04 3.39 2.4700 0.0772

280.00 -2.58 8.42 0.74 28.00 127.44 5.69 6.43 3.09 2.8000 0.0842

309.50 -2.86 8.44 0.46 28.00 127.44 5.42 5.89 2.81 3.0950 0.0844

339.00 -3.13 8.47 0.19 28.00 127.44 5.15 5.34 2.54 3.3900 0.0847

368.50 -3.40 8.80 -0.08 28.00 127.44 4.88 4.80 2.27 3.6850 0.0880

398.00 -3.67 9.03 -0.35 28.20 127.44 4.61 4.25 2.00 3.9800 0.0903


3.32 0.0423 0.0030 180.35 5.67 -



31/82


HIDRAULICA II

-4.00

-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.00

c m

Longitud (cm)

PROFUNDIDADES NORMAL Y CRÍTICA Q2

Fondo

Coordenada profundidad normal

Coordenada profundidad crítica


yn

Fondo=S0.x

yc

y



x Fondo

Profundidad

experiment

al

Coordenada

profundidad

normal

Altura

piezométrica

Videal

(cm/s)

Altura de

velocidad

Altura de

energía

Coordenada

profundidad

crítica

x (m)

Profundida

d

experiment

al (m)

10.02LPS 0.00 0.00 1.80 3.45 21.00 141.24 10.17 13.62 6.24 0.0000 0.018030.33 -0.28 1.72 3.17 20.90 141.24 9.89 13.06 5.96 0.3033 0.0172

60.67 -0.56 1.44 2.89 20.80 141.24 9.61 12.50 5.68 0.6067 0.0144

91.00 -0.84 1.26 2.61 20.80 141.24 9.33 11.94 5.40 0.9100 0.0126

121.00 -1.12 10.28 2.34 28.00 141.24 9.05 11.39 5.12 1.2100 0.1028

151.00 -1.39 10.21 2.06 30.00 141.24 8.77 10.83 4.84 1.5100 0.1021

181.00 -1.67 10.23 1.78 30.30 141.24 8.50 10.28 4.57 1.8100 0.1023

214.00 -1.97 10.33 1.48 30.60 141.24 8.19 9.67 4.26 2.1400 0.1033

247.00 -2.28 10.32 1.18 30.70 141.24 7.89 9.06 3.96 2.4700 0.1032

280.00 -2.58 10.62 0.87 30.70 141.24 7.58 8.45 3.65 2.8000 0.1062

309.50 -2.86 10.74 0.60 30.70 141.24 7.31 7.91 3.38 3.0950 0.1074

339.00 -3.13 10.87 0.33 30.70 141.24 7.04 7.37 3.11 3.3900 0.1087

368.50 -3.40 11.00 0.05 30.70 141.24 6.77 6.82 2.84 3.6850 0.1100

398.00 -3.67 11.43 -0.22 31.00 141.24 6.50 6.28 2.56 3.9800 0.1143


3.45 0.0488 0.0030 181.25 6.24 -



32/82


HIDRAULICA II



33/82


HIDRAULICA II

Perfiles Obtenidos

Tabla 2.11 Condiciones perfil Q1

yCalculada A V E P R ym S (ym) Δx x

0.0840 0.0173 0.4028 0.0923 0.3735 0.0462 0.00

0.0839 0.0172 0.4033 0.0922 0.3733 0.0462 0.0840 0.0001 -0.01 -0.01

0.0838 0.0172 0.4037 0.0921 0.3731 0.0462 0.0839 0.0001 -0.01 -0.02

0.0837 0.0172 0.4042 0.0920 0.3729 0.0461 0.0838 0.0001 -0.01 -0.03

0.0836 0.0172 0.4047 0.0919 0.3727 0.0461 0.0837 0.0001 -0.01 -0.04

0.0835 0.0172 0.4052 0.0919 0.3725 0.0461 0.0836 0.0001 -0.01 -0.04

0.0834 0.0171 0.4057 0.0918 0.3723 0.0460 0.0835 0.0001 -0.01 -0.05

0.0833 0.0171 0.4062 0.0917 0.3721 0.0460 0.0834 0.0001 -0.01 -0.06

0.0832 0.0171 0.4066 0.0916 0.3719 0.0460 0.0833 0.0001 -0.01 -0.07

0.0831 0.0171 0.4071 0.0915 0.3717 0.0459 0.0832 0.0001 -0.01 -0.08

0.0830 0.0171 0.4076 0.0915 0.3715 0.0459 0.0831 0.0001 -0.01 -0.09

0.0829 0.0170 0.4081 0.0914 0.3713 0.0459 0.0830 0.0001 -0.01 -0.10

0.0828 0.0170 0.4086 0.0913 0.3711 0.0459 0.0829 0.0001 -0.01 -0.10

0.0827 0.0170 0.4091 0.0912 0.3709 0.0458 0.0828 0.0001 -0.01 -0.11

0.0826 0.0170 0.4096 0.0912 0.3707 0.0458 0.0827 0.0001 -0.01 -0.12

0.0825 0.0170 0.4101 0.0911 0.3705 0.0458 0.0826 0.0001 -0.01 -0.13

0.0824 0.0169 0.4106 0.0910 0.3703 0.0457 0.0825 0.0001 -0.01 -0.14

0.0823 0.0169 0.4111 0.0909 0.3701 0.0457 0.0824 0.0001 -0.01 -0.15

0.0822 0.0169 0.4116 0.0908 0.3699 0.0457 0.0823 0.0001 -0.01 -0.16

0.0817 0.0168 0.4141 0.0904 0.3689 0.0455 0.0820 0.0001 -0.04 -0.20

0.0812 0.0167 0.4167 0.0900 0.3679 0.0454 0.0815 0.0001 -0.04 -0.24

0.0807 0.0166 0.4192 0.0897 0.3669 0.0452 0.0810 0.0001 -0.04 -0.29

0.0802 0.0165 0.4219 0.0893 0.3659 0.0450 0.0805 0.0001 -0.04 -0.33

0.0797 0.0164 0.4245 0.0889 0.3649 0.0449 0.0800 0.0001 -0.04 -0.37

0.0792 0.0163 0.4272 0.0885 0.3639 0.0447 0.0795 0.0001 -0.04 -0.41

0.0787 0.0162 0.4299 0.0881 0.3629 0.0446 0.0790 0.0001 -0.04 -0.45

0.0782 0.0161 0.4327 0.0877 0.3619 0.0444 0.0785 0.0001 -0.04 -0.50

0.0780 0.0160 0.4338 0.0876 0.3615 0.0443 0.0781 0.0001 -0.02 -0.51

0.0778 0.0160 0.4346 0.0875 0.3612 0.0443 0.0779 0.0001 -0.01 -0.53

0.0777 0.0160 0.4354 0.0874 0.3609 0.0442 0.0778 0.0001 -0.01 -0.54

0.0776 0.0159 0.4363 0.0873 0.3606 0.0442 0.0776 0.0001 -0.01 -0.55

0.017000 0.0035 1.9902 0.2189 0.2395 0.0146 0.00

0.017040 0.0035 1.9855 0.2180 0.2396 0.0146 0.0170 0.0099 1.29 1.29

0.017080 0.0035 1.9809 0.2171 0.2397 0.0146 0.0171 0.0099 1.43 2.72

0.017120 0.0035 1.9762 0.2162 0.2397 0.0147 0.0171 0.0098 1.60 4.32

0.017160 0.0035 1.9716 0.2153 0.2398 0.0147 0.0171 0.0097 1.82 6.14

0.017200 0.0035 1.9671 0.2144 0.2399 0.0147 0.0172 0.0096 2.12 8.26

0.017240 0.0035 1.9625 0.2135 0.2400 0.0148 0.0172 0.0096 2.53 10.79

0.017280 0.0036 1.9579 0.2127 0.2401 0.0148 0.0173 0.0095 3.14 13.93

0.017320 0.0036 1.9534 0.2118 0.2401 0.0148 0.0173 0.0094 4.15 18.08

0.017360 0.0036 1.9489 0.2110 0.2402 0.0149 0.0173 0.0094 6.13 24.21

0.017400 0.0036 1.9444 0.2101 0.2403 0.0149 0.0174 0.0093 11.79 36.00

0.017440 0.0036 1.9400 0.2093 0.2404 0.0149 0.0174 0.0092 161.27 197.27

0.017480 0.0036 1.9355 0.2084 0.2405 0.0149 0.0175 0.0092 -13.74 183.53

0.017510 0.0036 1.9322 0.2078 0.2405 0.0150 0.0175 0.0091 -5.66 177.87

0.017540 0.0036 1.9289 0.2072 0.2406 0.0150 0.0175 0.0091 -3.90 173.97

0.017570 0.0036 1.9256 0.2066 0.2406 0.0150 0.0176 0.0090 -2.97 170.99

0.017600 0.0036 1.9223 0.2059 0.2407 0.0150 0.0176 0.0090 -2.40 168.59

0.017630 0.0036 1.9191 0.2053 0.2408 0.0150 0.0176 0.0089 -2.01 166.58

0.017660 0.0036 1.9158 0.2047 0.2408 0.0151 0.0176 0.0089 -1.73 164.85

0.017690 0.0036 1.9126 0.2041 0.2409 0.0151 0.0177 0.0088 -1.52 163.33

0.017720 0.0036 1.9093 0.2035 0.2409 0.0151 0.0177 0.0088 -1.35 161.98

0.017750 0.0036 1.9061 0.2029 0.2410 0.0151 0.0177 0.0087 -1.22 160.77

0.017780 0.0037 1.9029 0.2023 0.2411 0.0152 0.0178 0.0087 -1.11 159.66

0.017810 0.0037 1.8997 0.2017 0.2411 0.0152 0.0178 0.0086 -1.01 158.650.017840 0.0037 1.8965 0.2012 0.2412 0.0152 0.0178 0.0086 -0.94 157.71

0.017870 0.0037 1.8933 0.2006 0.2412 0.0152 0.0179 0.0086 -0.87 156.84

0.017900 0.0037 1.8901 0.2000 0.2413 0.0152 0.0179 0.0085 -0.81 156.04

0.017930 0.0037 1.8870 0.1994 0.2414 0.0153 0.0179 0.0085 -0.76 155.28

0.017960 0.0037 1.8838 0.1988 0.2414 0.0153 0.0179 0.0084 -0.71 154.56

0.017990 0.0037 1.8807 0.1983 0.2415 0.0153 0.0180 0.0084 -0.67 153.89

0.018020 0.0037 1.8775 0.1977 0.2415 0.0153 0.0180 0.0083 -0.64 153.25


34/82


HIDRAULICA II

Gráfica 2.7 Comportamiento del Perfil Critico Q1

-0.0500

-0.0300

-0.0100

0.0100

0.0300

0.0500

0.0700

0.0900

0.1100

1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50

P r o f u n d i d a d ( m )

Longitud (m)

PERFILES FGV Q1 yCalculadaFondoyc

yn

yCalculada

Fondo

yc

yn

Profundidad conjugada

Profundidad experimental (m)

x=f(y1)

x=f(y2)

yExperimental

yConjugada

Longitud

resalto

S1

S3 LPN

LPC


35/82


HIDRAULICA II



0.1270 0.0261 0.3330 0.1327 0.4595 0.0568 0.00

0.1265 0.0260 0.3343 0.1322 0.4585 0.0567 0.1268 0.0000 -0.05 -0.05

0.1263 0.0260 0.3348 0.1320 0.4581 0.0567 0.1264 0.0000 -0.02 -0.07

0.1261 0.0259 0.3353 0.1318 0.4577 0.0566 0.1262 0.0000 -0.02 -0.09

0.1259 0.0259 0.3359 0.1316 0.4573 0.0566 0.1260 0.0000 -0.02 -0.11

0.1257 0.0258 0.3364 0.1315 0.4569 0.0565 0.1258 0.0000 -0.02 -0.13

0.1255 0.0258 0.3369 0.1313 0.4565 0.0565 0.1256 0.0000 -0.02 -0.15

0.1253 0.0257 0.3375 0.1311 0.4561 0.0565 0.1254 0.0000 -0.02 -0.17

0.1251 0.0257 0.3380 0.1309 0.4557 0.0564 0.1252 0.0000 -0.02 -0.19

0.1249 0.0257 0.3386 0.1307 0.4553 0.0564 0.1250 0.0000 -0.02 -0.21

0.1247 0.0256 0.3391 0.1306 0.4549 0.0563 0.1248 0.0000 -0.02 -0.23

0.1245 0.0256 0.3397 0.1304 0.4545 0.0563 0.1246 0.0000 -0.02 -0.25

0.1243 0.0255 0.3402 0.1302 0.4541 0.0563 0.1244 0.0000 -0.02 -0.27

0.1241 0.0255 0.3407 0.1300 0.4537 0.0562 0.1242 0.0000 -0.02 -0.29

0.1240 0.0255 0.3410 0.1299 0.4535 0.0562 0.1241 0.0000 -0.01 -0.30

0.1239 0.0255 0.3413 0.1298 0.4533 0.0562 0.1240 0.0000 -0.01 -0.31

0.1239 0.0255 0.3414 0.1298 0.4532 0.0562 0.1239 0.0000 0.00 -0.31

0.1238 0.0254 0.3416 0.1297 0.4531 0.0561 0.1238 0.0000 0.00 -0.32

0.1238 0.0254 0.3417 0.1297 0.4530 0.0561 0.1238 0.0000 0.00 -0.32

0.1237 0.0254 0.3418 0.1297 0.4529 0.0561 0.1237 0.0000 0.00 -0.33

0.1237 0.0254 0.3420 0.1296 0.4528 0.0561 0.1237 0.0000 0.00 -0.33

0.1236 0.0254 0.3421 0.1296 0.4527 0.0561 0.1236 0.0000 0.00 -0.34

0.1236 0.0254 0.3423 0.1295 0.4526 0.0561 0.1236 0.0000 0.00 -0.34

0.1235 0.0254 0.3424 0.1295 0.4525 0.0561 0.1235 0.0000 0.00 -0.35

0.1235 0.0254 0.3425 0.1294 0.4524 0.0561 0.1235 0.0000 0.00 -0.35

0.1230 0.0253 0.3439 0.1290 0.4514 0.0560 0.1232 0.0000 -0.05 -0.40

0.1225 0.0252 0.3453 0.1285 0.4504 0.0559 0.1227 0.0001 -0.05 -0.45

0.1223 0.0251 0.3459 0.1283 0.4500 0.0558 0.1224 0.0001 -0.02 -0.47

0.1221 0.0251 0.3463 0.1282 0.4497 0.0558 0.1222 0.0001 -0.01 -0.48

0.1220 0.0251 0.3468 0.1281 0.4494 0.0558 0.1220 0.0001 -0.01 -0.50

0.1218 0.0250 0.3472 0.1279 0.4491 0.0557 0.1219 0.0001 -0.01 -0.51

0.017000 0.0035 2.4874 0.3324 0.2395 0.0146 0.00

0.017050 0.0035 2.4802 0.3306 0.2396 0.0146 0.0170 0.0155 0.29 0.29

0.017100 0.0035 2.4729 0.3288 0.2397 0.0147 0.0171 0.0153 0.29 0.58

0.017150 0.0035 2.4657 0.3270 0.2398 0.0147 0.0171 0.0152 0.30 0.87

0.017200 0.0035 2.4585 0.3253 0.2399 0.0147 0.0172 0.0151 0.30 1.17

0.017250 0.0035 2.4514 0.3235 0.2400 0.0148 0.0172 0.0149 0.30 1.48

0.017300 0.0036 2.4443 0.3218 0.2401 0.0148 0.0173 0.0148 0.31 1.79

0.017350 0.0036 2.4373 0.3201 0.2402 0.0148 0.0173 0.0147 0.31 2.10

0.017400 0.0036 2.4303 0.3184 0.2403 0.0149 0.0174 0.0145 0.32 2.42

0.017450 0.0036 2.4233 0.3168 0.2404 0.0149 0.0174 0.0144 0.32 2.74

0.017500 0.0036 2.4164 0.3151 0.2405 0.0150 0.0175 0.0143 0.33 3.07

0.017550 0.0036 2.4095 0.3135 0.2406 0.0150 0.0175 0.0141 0.33 3.41

0.017600 0.0036 2.4026 0.3118 0.2407 0.0150 0.0176 0.0140 0.34 3.75

0.017650 0.0036 2.3958 0.3102 0.2408 0.0151 0.0176 0.0139 0.35 4.09

0.017700 0.0036 2.3891 0.3086 0.2409 0.0151 0.0177 0.0138 0.35 4.44

0.017750 0.0036 2.3823 0.3070 0.2410 0.0151 0.0177 0.0136 0.36 4.80

0.017800 0.0037 2.3757 0.3055 0.2411 0.0152 0.0178 0.0135 0.37 5.17

0.017850 0.0037 2.3690 0.3039 0.2412 0.0152 0.0178 0.0134 0.37 5.54

0.017900 0.0037 2.3624 0.3023 0.2413 0.0152 0.0179 0.0133 0.38 5.92

0.017950 0.0037 2.3558 0.3008 0.2414 0.0153 0.0179 0.0132 0.39 6.31

0.018000 0.0037 2.3493 0.2993 0.2415 0.0153 0.0180 0.0131 0.40 6.71

0.018050 0.0037 2.3427 0.2978 0.2416 0.0154 0.0180 0.0129 0.40 7.11

0.018100 0.0037 2.3363 0.2963 0.2417 0.0154 0.0181 0.0128 0.41 7.53

0.018120 0.0037 2.3337 0.2957 0.2417 0.0154 0.0181 0.0128 0.17 7.69

0.018140 0.0037 2.3311 0.2951 0.2418 0.0154 0.0181 0.0127 0.17 7.86

0.018160 0.0037 2.3286 0.2945 0.2418 0.0154 0.0182 0.0127 0.17 8.03

0.018180 0.0037 2.3260 0.2939 0.2419 0.0154 0.0182 0.0127 0.17 8.20

0.018200 0.0037 2.3234 0.2933 0.2419 0.0155 0.0182 0.0126 0.17 8.38

0.018220 0.0037 2.3209 0.2928 0.2419 0.0155 0.0182 0.0126 0.17 8.55

0.018240 0.0037 2.3183 0.2922 0.2420 0.0155 0.0182 0.0125 0.18 8.73

0.018260 0.0038 2.3158 0.2916 0.2420 0.0155 0.0183 0.0125 0.18 8.90


36/82


HIDRAULICA II


-0.0500

-0.0300

-0.0100

0.0100

0.0300

0.0500

0.0700

0.0900

0.1100

0.1300

0.1500

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

P r o f u n d i d a d ( m )

Longitud (m)

PERFILES FGV Q2

yCalculada

Fondo

yc

yn

yCalculada

Fondo

yc

yn

Profundidad conjugada

Profundidad experimental (m)

x=f(y1)

x=f(y2)

yExperimental

yConjugada

Longitud

resalto

S1

S3LPN

LPC


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HIDRAULICA II



0.1510 0.0310 0.3230 0.1563 0.5075 0.0611 0.000.1505 0.0309 0.3241 0.1559 0.5065 0.0611 0.1508 0.0000 -0.05 -0.05

0.1503 0.0309 0.3245 0.1557 0.5061 0.0610 0.1504 0.0000 -0.02 -0.07

0.1501 0.0308 0.3250 0.1555 0.5057 0.0610 0.1502 0.0000 -0.02 -0.09

0.1499 0.0308 0.3254 0.1553 0.5053 0.0610 0.1500 0.0000 -0.02 -0.11

0.1497 0.0308 0.3258 0.1551 0.5049 0.0609 0.1498 0.0000 -0.02 -0.13

0.1495 0.0307 0.3263 0.1549 0.5045 0.0609 0.1496 0.0000 -0.02 -0.15

0.1493 0.0307 0.3267 0.1547 0.5041 0.0609 0.1494 0.0000 -0.02 -0.17

0.1491 0.0306 0.3272 0.1546 0.5037 0.0608 0.1492 0.0000 -0.02 -0.19

0.1489 0.0306 0.3276 0.1544 0.5033 0.0608 0.1490 0.0000 -0.02 -0.21

0.1487 0.0306 0.3280 0.1542 0.5029 0.0608 0.1488 0.0000 -0.02 -0.23

0.1485 0.0305 0.3285 0.1540 0.5025 0.0607 0.1486 0.0000 -0.02 -0.25

0.1483 0.0305 0.3289 0.1538 0.5021 0.0607 0.1484 0.0000 -0.02 -0.27

0.1481 0.0304 0.3294 0.1536 0.5017 0.0607 0.1482 0.0000 -0.02 -0.29

0.1480 0.0304 0.3296 0.1535 0.5015 0.0606 0.1481 0.0000 -0.01 -0.30

0.1479 0.0304 0.3298 0.1534 0.5013 0.0606 0.1480 0.0000 -0.01 -0.31

0.1479 0.0304 0.3299 0.1534 0.5012 0.0606 0.1479 0.0000 -0.01 -0.32

0.1478 0.0304 0.3300 0.1534 0.5011 0.0606 0.1478 0.0000 -0.01 -0.32

0.1478 0.0304 0.3301 0.1533 0.5010 0.0606 0.1478 0.0000 -0.01 -0.33

0.1477 0.0304 0.3303 0.1533 0.5009 0.0606 0.1477 0.0000 -0.01 -0.33

0.1477 0.0303 0.3304 0.1532 0.5008 0.0606 0.1477 0.0000 -0.01 -0.340.1476 0.0303 0.3305 0.1532 0.5007 0.0606 0.1476 0.0000 -0.01 -0.34

0.1476 0.0303 0.3306 0.1531 0.5006 0.0606 0.1476 0.0000 -0.01 -0.35

0.1475 0.0303 0.3307 0.1531 0.5005 0.0606 0.1475 0.0000 -0.01 -0.35

0.1475 0.0303 0.3308 0.1530 0.5004 0.0606 0.1475 0.0000 -0.01 -0.36

0.1470 0.0302 0.3319 0.1526 0.4994 0.0605 0.1472 0.0000 -0.05 -0.41

0.1465 0.0301 0.3331 0.1521 0.4984 0.0604 0.1467 0.0000 -0.05 -0.46

0.1463 0.0301 0.3335 0.1519 0.4980 0.0604 0.1464 0.0000 -0.02 -0.48

0.1461 0.0300 0.3339 0.1518 0.4977 0.0603 0.1462 0.0000 -0.02 -0.49

0.1460 0.0300 0.3342 0.1516 0.4974 0.0603 0.1460 0.0000 -0.02 -0.51

0.1458 0.0300 0.3346 0.1515 0.4971 0.0603 0.1459 0.0000 -0.02 -0.52

0.018000 0.0037 2.7099 0.3923 0.2415 0.0153 0.000.018050 0.0037 2.7024 0.3903 0.2416 0.0154 0.0180 0.0172 0.25 0.25

0.018100 0.0037 2.6950 0.3883 0.2417 0.0154 0.0181 0.0171 0.26 0.51

0.018150 0.0037 2.6875 0.3863 0.2418 0.0154 0.0181 0.0169 0.26 0.77

0.018200 0.0037 2.6802 0.3843 0.2419 0.0155 0.0182 0.0168 0.26 1.03

0.018250 0.0038 2.6728 0.3824 0.2420 0.0155 0.0182 0.0166 0.26 1.29

0.018300 0.0038 2.6655 0.3804 0.2421 0.0155 0.0183 0.0165 0.27 1.56

0.018350 0.0038 2.6582 0.3785 0.2422 0.0156 0.0183 0.0164 0.27 1.83

0.018400 0.0038 2.6510 0.3766 0.2423 0.0156 0.0184 0.0162 0.27 2.10

0.018450 0.0038 2.6438 0.3747 0.2424 0.0156 0.0184 0.0161 0.28 2.37

0.018500 0.0038 2.6367 0.3728 0.2425 0.0157 0.0185 0.0159 0.28 2.65

0.018550 0.0038 2.6296 0.3710 0.2426 0.0157 0.0185 0.0158 0.28 2.93

0.018600 0.0038 2.6225 0.3691 0.2427 0.0157 0.0186 0.0157 0.29 3.22

0.018650 0.0038 2.6155 0.3673 0.2428 0.0158 0.0186 0.0155 0.29 3.51

0.018700 0.0038 2.6085 0.3655 0.2429 0.0158 0.0187 0.0154 0.29 3.80

0.018750 0.0039 2.6015 0.3637 0.2430 0.0159 0.0187 0.0153 0.30 4.10

0.018800 0.0039 2.5946 0.3619 0.2431 0.0159 0.0188 0.0152 0.30 4.40

0.018850 0.0039 2.5877 0.3602 0.2432 0.0159 0.0188 0.0150 0.30 4.70

0.018900 0.0039 2.5809 0.3584 0.2433 0.0160 0.0189 0.0149 0.31 5.01

0.018950 0.0039 2.5741 0.3567 0.2434 0.0160 0.0189 0.0148 0.31 5.32

0.019000 0.0039 2.5673 0.3549 0.2435 0.0160 0.0190 0.0147 0.32 5.64

0.019050 0.0039 2.5606 0.3532 0.2436 0.0161 0.0190 0.0146 0.32 5.960.019100 0.0039 2.5539 0.3515 0.2437 0.0161 0.0191 0.0144 0.33 6.29

0.019120 0.0039 2.5512 0.3509 0.2437 0.0161 0.0191 0.0144 0.13 6.42

0.019140 0.0039 2.5485 0.3502 0.2438 0.0161 0.0191 0.0143 0.13 6.55

0.019160 0.0039 2.5459 0.3495 0.2438 0.0161 0.0192 0.0143 0.13 6.68

0.019180 0.0039 2.5432 0.3488 0.2439 0.0162 0.0192 0.0142 0.13 6.81

0.019200 0.0039 2.5406 0.3482 0.2439 0.0162 0.0192 0.0142 0.13 6.95

0.019220 0.0039 2.5379 0.3475 0.2439 0.0162 0.0192 0.0142 0.13 7.08

0.019240 0.0040 2.5353 0.3468 0.2440 0.0162 0.0192 0.0141 0.14 7.22

0.019260 0.0040 2.5326 0.3462 0.2440 0.0162 0.0193 0.0141 0.14 7.36


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HIDRAULICA II



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HIDRAULICA II

ANALISIS DE RESULTADOS FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

Según los tipos de perfil de flujo podemos determinar que los caudales que trabajamos sonM o sea con una pendiente moderada esto es posible verlo porque el flujo gradualmentevariado comienza en la zona 1, justo arriba de la LPN, para los tres casos. Sin embargo debajode la LPN se ve un fenómeno de resalto porque la lámina de agua cruza la línea de pendientecrítica, luego el perfil debajo de la LPN es crítico y corresponde a flujo rápidamente variado.Por las pendientes que utilizamos vemos reflejado en el número de froude que tenemos unflujo subcritico.

Para el caso de canales de pendiente suave (canal M), se distinguen.M1 si se encuentra porsobre el .

La altura de la lámina de agua aguas arriba de la compuerta fue posible hallarla con base a laecuación de caudal para compuertas en función del área de la sección del canal, mediante laecuación cúbica descrita anteriormente. Adicionalmente fue posible calcular la constante porvena contracta C, a través de la lectura de la lámina de agua aguas debajo de la compuerta yla abertura de la compuerta, con lo cual la fórmula era aplicable.


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HIDRAULICA II

CONCLUSIONES FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

Se determino que para el flujo gradualmente variado: Los Flujos en un canal se caracterizanpor la velocidad media, aun cuando exista un perfil de velocidad en una sección dada. El flujose clasifica en una combinación de continuo o discontinuo, y de uniforme o no uniforme.

El flujo es rápidamente variado si la profundidad del agua cambia de manera abrupta en distanciascomparativamente cortas; de otro modo es gradualmente variado.

El flujo variado en canales compuestos siguen los mismos lineamentos del flujo uniforme y espoco útil en la practica si no se plantean hipótesis simplificadoras, pues se deben considerara además de las condiciones en que ocurren los perfiles de flujo debido al poder existir mas

de un tirante critico para un mismo gasto.

El flujo de nuestro laboratorio es Sbucritico en este caso de flujo subcrítico, también denominadoflujo lento, el nivel efectivo del agua en una sección determinada está condicionado al nivel de lasección aguas abajo.

Este laboratorio es muy importante ya que nos da la posibilidad de profundizar en losestudiado teóricamente y nos demuestra que estos conocimientos son los mas correctospara el diseño de canales en la vida real.


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HIDRAULICA II

3. LABORATORIO CHIMENA DE EQUILIBRIO

INTRODUCCIÓN

Las chimeneas de equilibrio son túneles verticales abiertos que se sitúan cerca del elemento que

provoca el golpe de ariete. De esta forma, la condición de contorno se transforma en la de un

depósito (no ideal), convirtiendo la pulsación de alta intensidad y frecuencia del golpe de ariete en

una pulsación de baja intensidad y frecuencia, correspondiente a una oscilación en masa. Es habitual

su utilización en centrales hidráulicas para proteger los túneles de hormigón anteriores a las tuberías

forzadas En la, instalación y funcionamiento de ciertas estructuras hidráulicas es necesario un control

de estos dos fenómenos: golpe de ariete y cavitación, que originan sobrepresiones o depresiones

excesivas y que pueden conducir a averías, llegando hasta la destrucción misma de la estructura o dela máquina. Este laboratorio se centrará en describir la teoría asociada al fenómeno transitorio del

golpe de ariete.

Este fenómeno se produce en los conductos al cerrar o abrir una válvula y al poner en marcha o parar

una máquina hidráulica, o también al disminuir bruscamente el caudal. Un caso muy común es el

que ocurre en las centrales hidráulicas, donde se ha de reducir bruscamente el caudal.

OBJETIVO GENERAL

Conocer el mecanismo de funcionamiento de la chimenea de equilibrio así como también las

ecuaciones con las cuales se maneja este tipo de mecanismo y relacionar los resultados obtenidos enlaboratorio con los calculados.


Estudiar el fenómeno de golpe de ariete

Conocer el mecanismo de funcionamiento de la almenara o chimenea de equilibrio

Analizar los casos que se pueden presentar al momento de cerrar o abrir una válvula

Por medio de las expresiones teóricas, calcular todos los elementos necesarios para analizarel funcionamiento de la chimenea de equilibrio

Implementar el método de cálculo para determinar las diferentes variables que integran elanálisis del fenómeno.


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HIDRAULICA II

MARCO TEÓRICO

La chimenea de equilibrio es un dispositivo que reduce las variaciones de presión en una tuberíamientras dura el régimen no permanente .

El golpe de ariete es un fenómeno que se produce en una tubería forzada por el efecto de fluctuación

del caudal circulante, y que se traduce en una variación de la presión interna en la tubería, por

encima o por debajo de la presión de trabajo. La figura 1 representa una tubería de longitud L,

espesor ○ y diámetro interior D por la que circula agua proveniente de un depósito aguas arriba y que

termina en una válvula en su extremo derecho. Si se cierra ésta rápidamente, en virtud del principio

de conservación de la energía, al disminuir la energía cinética, ésta se va transformando en un

trabajo de compresión del fluido que llena la tubería así como en un trabajo necesario para dilatar

esta última: golpe de arietepositivo. Por el contrario, al abrir rápidamente una válvula se puede

producir una depresión: golpe de ariete negativo.

Figura No3. Esquema de instalación suceptible al fenómeno de golpe de ariete


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HIDRAULICA II

DIAGRAMA DE FLUJO CHIMENA DE EQUILIBRIO


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HIDRAULICA II



Los datos rrecopilados en la práctica fueron recopilados en la presente tabla de registro.


Q1 Q2 Q3

122 111.5 99.5

13.5 24 36

145.5 146 145.6

145.5 146 146146.6 146.1 146

10.43 10.38 9.49

11.01 10.06 9.51

10.67 9.71 9.17

Inc. 120 140 130

Fin. 150 160 150

Inc. 10.86 8.46 8.4

Fin.

135.5

CAUDAL

NIVEL ESTATICO NE (cm)

Nivel Flujo Permanente (cm)= NE-NFP

Peso W (kg)

Tiempo t (s)

t max (seg)

Zmax (cm)

Zo (cm)

3.1.1 Calculo de Coeficiente Fricción K1

Calcular para cada caudal el coeficiente de fricción equivalente K1con la ecuación:

En esta tabla se haya el coeficiente de fricción con la formula anteriormente expuesta,obteniendo el volumen, caudal por intermedio de las variables de peso y tiempo para el calculo

del volumen y posterior caudal.


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HIDRAULICA II

Tabla 3.2 Calculo de Coeficiente de Fricción k1

m (kg) V=m/d (m³/sg) Q (cm³/sg) t(s) A1(tub-cm²) A4(chim-cm²) Zo Vo(cm/s) K1=(2g*Zo)/ (Vo²)

120.0000 0.1200 11049.7238 10.8600 11.4009 81.0734 13.5000 969.1937 0.0282

140.0000 0.1400 3546.0993 8.4600 11.4009 81.0734 24.0000 311.0356 0.4867

130.0000 0.1300 3571.4286 8.4000 11.4009 81.0734 36.0000 313.2572 0.7198

3.1.2

Calculo Zmax

Con la ecuación y compararlo con el valor medio observado.

En la presente tabla se calcula inicialmente el coeficiente C, expresado en términos de áreas de la

tubería y de la chimenea, y los valores de fricción anteriormente relacionados.

Tabla 3.3 Calculo de Zmax

Q (cm³/sg) K1 C Vo²/2g Iteracion NE Zmax

1 11049.7238 0.0282 -0.00010706 478.7647 122.0000 135.5 257.5000

2 3546.0993 0.4867 -0.00328544 49.3084 111.5000 135.5 247.0000

3 3571.4286 0.7198 -0.00728776 50.0153 99.5000 135.5 235.0000


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HIDRAULICA II

3.1.3 Graficas F(z) vs z

Se busca el área bajo la curva y multiplicarla por A4/A1 comparar los resultados con el promedio de

los tres tiempos observados en cada ensayo.

200

210

220

230

240

250

260

0 1 2 3 4

Series1

Zmax Promedio

Gráfica 3.10 Variación de la altura Z max promedio

Tabla 3.16 Profundidad Zmax Vs T en Q1

Zmax en (cm) t max en (seg)

145.50 10.43

145.50 11.01

146.60 10.67

CAUDALES Q1

145.20

145.40

145.60

145.80

146.00

146.20

146.40

146.60

10.40 10.60 10.80 11.00 11.20

Series1

Q1 zmax - tmax

Gráfica 3.2 Variación de la altura PZmax promedio en función del tiempo del canal paraQ1


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HIDRAULICA II



146.00 10.06

146.10 9.71

10.38 9.71

CAUDALES Q2

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

160.00

180.00

9.60 9.80 10.00 10.20

Ser…

Q2 zmax - tmax

Gráfica 3.3 Variación de la altura Zmax promedio en función del tiempo del canal para Q2



145.60 9.49

146.00 9.51

146.00 9.17

CAUDALES Q3

145.55145.60145.65

145.70145.75145.80145.85145.90145.95146.00146.05146.10

9.10 9.20 9.30 9.40 9.50 9.60

Se…

Q3 zmax - tmax

Gráfica 3.4 Variación de la altura Zmax promedio en función del tiempo del canal para Q3


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HIDRAULICA II

ANALISIS DE RESULTADOS DE CHIMENEA DE EQUILIBRIO

Se compararon los valores de Z máximos teóricos con prácticos, por lo que seobtuvieron % de error muy grandes, observando que, pudieron cometerse errores en

la toma de los datos o en la utilización de las ecuaciones dadas.

Se observó que los valores de Zmax, para cada caudal permanecen constantes.

Mediante los datos recolectados fue posible el cálculo de distintos caudales según las

características descritas anteriormente.

Cuando la onda de presión haya sido absorbida por la chimenea, cesarán

las oscilaciones en la misma. Todo lo observado en la chimenea se asemeja bastante

a lo que sucedería en el interior de la tubería en caso de no existir chimenea

Se observó que el nivel de la chimenea siempre es menor al nivel estático, es decir el

del tanque, lo cual ocurrió, determinando así que el procedimiento estaba correcto.

En las gráficas se puede observar que para z entre 0 y 140cm, el valor de Zmáx resulta

negativo y además se mantiene constante a partir de un punto en z.


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HIDRAULICA II

CONCLUSIONES FLUJO CHIMENEA DE EQUILIBRIO

Para la reducción del golpe de ariete se tienen, básicamente, dos posibilidades: bien actuar sobre lafuente que produce la perturbación, o bien reducirla una vez que ésta se ha producido. El primer

sistema es el más aconsejable, pero no siempre es posible su aplicación.

Dentro de los medios para actuar sobre la fuente se tiene:• Aumentar los tiempos de apertura y cierre de las válvulas.

• Incrementar la inercia de bombas y turbinas.

• Evitar vibraciones fluidodinámicas y posibles resonancias.

Dentro del ámbito de aplicación de actuación sobre la perturbación se encuentran:

• Válvulas de descarga.

• Chimeneas de equilibrio. \


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HIDRAULICA II

4.

LABORATORIO COMPUERTAS

INTRODUCCIÓN

Una Compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde

inferior y la estructura hidráulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayoría

de los casos para la regulación de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento en los

otros.

Las diferentes formas de las compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar

dependerá principalmente del tamaño y forma del orificio, de la cabeza estática, del espacio

disponible, del mecanismo de apertura y de las condiciones particulares de operación.

Aplicaciones:

Control de flujos de aguas Control de inundaciones Proyectos de irrigación Crear reservas de agua Sistemas de drenaje Proyectos de aprovechamiento de suelo Plantas de tratamiento de agua Incrementar capacidad de reserva de las presas

OBJETIVO GENERAL

Determinar los coeficientes de descarga (Cd) y contracción (Cc), para la condición de una apertura

constante, al tiempo que se determina la distribución de presiones, tanto sobre la compuerta como

en el fondo del canal de prueba.


Analizar la distribución de presiones de velocidades a lo largo del fondo del canal y sobre lapared de la compuerta.

Hallar los coeficientes de descarga y contracción, para una compuerta cuando se mantieneuna abertura constante.


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HIDRAULICA II

MARCO TEÓRICO

Una compuerta es una puerta movible que se coloca en las esclusas de los canales y en los portillosde las presas de río para detener o dejar pasar las aguas. Las compuertas son equipos mecánicosutilizados para el control del flujo del agua y mantenimiento en los diferentes proyectos de

ingeniería, tales como presas, canales y proyectos de irrigación. Existen diferentes tipos y puedentener diferentes clasificaciones, según su forma, función y su movimiento. Las diferentes formas delas compuertas dependen de su aplicación, el tipo de compuerta a utilizar dependerá principalmentedel tamaño y forma del orificio, de la cabeza estática, del espacio disponible, del mecanismo deapertura y de las condiciones particulares de operación. Aplicaciones: Control de flujos de aguasControl de inundaciones Proyectos de irrigación Crear reservas de agua Sistemas de drenajeProyectos de aprovechamiento de suelo Plantas de tratamiento de agua Incrementar capacidad dereserva de las presas.

Por la ecuación de energía se puede mostrar que la descarga a través de una compuerta bajo el flujo

se puede expresar como:

Donde:

C : coeficiente de descarga

L : Longitud de la compuerta

h : Altura de la abertura de la compuerta

Y1 : Profundidad aguas arriba del flujo de llegada

αV1 2/2g : es la altura de velocidad de flujo aprox.

Para estudios experimentales, el término de altura de velocidad se omite y su efecto se incluye en elcoeficiente así:

Ecuación No.2

Donde C depende de la geometría de la estructura y de las profundidades aguas arriba y aguas abajo.La ecuación es la misma para flujo tanto libre como sumergido. Una compuerta sirve comomecanismo de control de caudal en un canal.


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DIAGRAMA DE FLUJO CHIMENA DE EQUILIBRIO


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Tabla 4.17 Datos iniciales tomados en el laboratorio

Ql Qll Ql Qll Ql Qll

H1 0 372.00 430.00 302.00 415.00 315.00 447.00

H2 0 385.00 442.00 312.00 430.00 327.00 465.00

H3 0 388.00 445.00 315.00 432.00 329.00 468.00

H4 0 389.00 446.00 315.00 433.00 329.00 470.00

H5 0 377.00 433.00 328 435 338.00 457.00H6 28 388.00 444.00 313.00 432.00 325.00 470.00

H7 28 355.00 408.00 278.00 383.00 383.00 410.00

H8 28 162.00 179.00 145.00 174.00 158.00 228.00

H9 28 30.00 30.00 37.00 41.00 45.00 55.00

H10 28 37.00 37.00 37.00 45.00 38.00 40.00

ho 2 37.50 43.50 30.00 71.50 31.00 46.00

Y 18.8 2.00 1.90 2.20 2.10 2.30 2.40

Hv 12.5 24.20 24.80 25.20 25.80 26.30 26.90

Ho 10.8 10.80 10.80 10.80 10.80 10.80 10.80

PIEZA No.LECTURA

INICIAL (cm)

a1 = 2cm a2 = 2,5cm a3 = 3cm

Calculo de coeficientes de descarga (Cd)Q = 0.0172* H2,343 CH = Hv – Ho

Lectura inicial de Vertedero Ho = 10.8cm


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Tabla 4.18 Calculo de la descarga a partir de los datos recopilados

PIEZA No.

Expresión Ql Qll Ql Qll Ql Qll

H1 372.00 430.00 302.00 415.00 315.00 447.00

H2 385.00 442.00 312.00 430.00 327.00 465.00

H3 388.00 445.00 315.00 432.00 329.00 468.00

H4 389.00 446.00 315.00 433.00 329.00 470.00

H5 377.00 433.00 328.00 435.00 338.00 457.00

H6 388.00 444.00 313.00 432.00 325.00 470.00

H7 355.00 408.00 278.00 383.00 383.00 410.00

H8 162.00 179.00 145.00 174.00 158.00 228.00

H9 30.00 30.00 37.00 41.00 45.00 55.00

H10 37.00 37.00 37.00 45.00 38.00 40.00

ho 37.50 43.50 30.00 71.50 31.00 46.00Y 2.00 1.90 2.20 2.10 2.30 2.40

Hv 24.20 24.80 25.20 25.80 26.30 26.90

Ho 10.80 10.80 10.80 10.80 10.80 10.80

H 13.40 14.00 14.40 15.00 15.50 16.10

Q 7.52 8.34 8.90 9.80 10.58 11.56

a1 = 2cm a2 = 2,5cm a3 = 3cm

4.1.1

Calculo de coeficientes de descarga Cd

Tabla ¡Error! No hay texto con el estilo especificado en el documento..19 coeficientes de descargaCd

Usando la ecuación

Cd 13.13 15.56 15.60 20.17 20.69 27.20

4.1.2

Calculo de coe

Documents

Informes Laboratorio Hidrualica II Kelly Rodriguez Cod 7300113