Energia Especifica y Momenta en Canales - Azaña Montañez Deivy

7/25/2019 Energia Especifica y Momenta en Canales - Azaa Montaez Deivy

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LABORATORIO N 2

ENERGA ESPECFICA Y MOMENTA

DE CANALES

Canal de flujo Hidrulico Laboratorio Nacional de

Hidrulica UNI - Lima

Energa Especfica en Canales


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1. INTRODUCCION

En esta parte de la experiencia se estudia el comportamiento de un flujo de

agua en canales abiertos. El proceder se hace para flujos subcrticos y

supercrticos para un caudal con seccin transversal rectangular. Dichos

tipos de flujos son logrados mediante un motor que eleva o desciende la

altura del canal, as se obtienen diferentes pendientes. ambi!n hemos

podido estudiar el cambio de r!gimen de un flujo supercrtico a un flujo

subcrtico, donde podemos lograr en un canal rectangular con caudal

constante poniendo un obst"culo al paso del agua, dicho obst"culo se

obtuvo cerrando las compuertas que se encuentran al final del canal.

#uando hablamos de una aplicacin particular de la ecuacin de

energa, es decir cuando la energa est" referida al fondo de lacanali$acin, toma el nombre de energa especfica en canales. %ara uncaudal constante, en cada seccin de una canali$acin rectangular,obtenemos un tirante y un valor de energa especfica, movi!ndose elagua de mayor a menor energa con un gradiente, en este caso,coincidente con la pendiente de energa.

&nalticamente es posible predecir el comportamiento del agua en elcanal rectangular y tambi!n sobre lo que es momenta en lo que soncanales 'salto hidr"ulico(, sin embargo la observacin del fenmeno esahora de mayor importancia y toda conclusin debe ntimamente estarligada al experimento.

2. OBJETIVOS

Determinar la relacin existente entre la energa especifica en un canalrectangular y el tirante.

#omprobar mediante c"lculos tericos valores de energa mnima y

tirantes crticos.

Determinar la relacin existente entre el tirante y la energa especficaen un canal rectangular.

Estudiar el fenmeno de r!gimen de flujo en un canal rectangular,pasando de r!gimen supercrtico al r!gimen subcrtico 'salto hidr"ulico(.

Discutir y verificar los resultados pr"cticos con ayuda de del docente ytutores pr"cticos. #ompararlos con resultados tericos.

3. FUNDAENTO TEORICO


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)a energa especfica es la corriente que se da en una seccin determinadade un canal rectangular que viene a hacer la suma del tirante, la energa de lavelocidad y la elevacin respecto del punto de referencia que estemostom"ndola formula seria

E* y+ 'av-(-g +$

%ero si tomamos la referencia en un punto del fondo del canal nuestra formulaseria/

E* y+ 'av-(-g

Grfica del flujo de agua en un canal con datos necesarios para el desarrollo- Informe brindado por el L. N. H.

%ara hacer estoy c"lculo es necesario saber lo siguiente/

!ROFUNDIDAD DE" CA"ADO #Es la profundidad de la seccin delcanal al punto de referencia

ANC$O SU!ERIOR# Es el acho de la superficie libre de la seccin delcanal

AREA OJADA#Es el "rea mojada de la seccin transversal de ladireccin del flujo

!ERIETRO OJADO# Es la longitud que tiene el "rea mojada


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RADIO $IDRAU"ICO# Es la relacin entre el "rea mojada y elpermetro mojado

!ROFUNDIDAD $IDRAU"ICA#Es la relacin entre el "rea mojada conel ancho superior

C"ASIFICACION DE F"UJO#

A% SE&'N E" TIE!O#

F"UJO !ERANENTE/ 0e caracteri$a por las condiciones deescurrimiento en cualquier punto no cambia con el tiempo asi mismo nocambia su densidad ni su temperatura ni presin.

Flujo permanente en un canal - Informe brindado por el L. N. H.

F"UJO NO !ERANENTE# Es un flujo en el cual cambia lascaractersticas hidr"ulicas en el tiempo

Flujo no permanente en un canal - Informe brindado por el L. N. H.B% SE&UN E" ES!ACIO#


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F"UJO UNIFORE# Este flujo se dice que toma como criterio elespacio de las caractersticas hidr"ulicas que no cambia entre dossecciones que est!n separadas por una distancia

Flujo uniforme en un canal - Informe brindado por el L. N. H.

F"UJO VARIAB"E#Es donde las caractersticas hidr"ulicas cambianentre dos secciones

Flujo permanente en un canal - Informe brindado por el L. N. H.

NUERO DE FROUFER/%ar"metro dimensional que relaciona las fuer$as inercial y lafuer$a gravitacional

F=V

gD


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VE"OCIDAD DE ONDA# 0e define como/

2y

L

c2=gL

2 tan

(

C=

gA

T * gD

RE&IENES#

SUBCRITICO# !gimen tranquilo y corriente lenta (F)*%+ V)C

CRITICO#!gimen en estado crtico (F,*%# V,C

SU!ERCRITICO# !gimen r"pido y corriente torrencial (F-*%+ V-C

Diagrama Y Vs. con ni!eles de r"gimen - Informe brindado por el L. N. H.

. DESCRI!CI/N DE" E0UI!O DIS!ONIB"E#

E"CANA". 1

)a seccin del canal es de 12 dm-'ancho * 2.-3m y altura 4til * 2.52m(

)a pendiente del canal vara entre + 126 y 7 86 'en contra7pendiente(.

El caudal m"ximo de ensayo es de 122 ls. la longitud 4til del canal esde 12.39 m. ': elementos de 1.8- m.(

El sistema canal visto desde aguas arriba hacia aguas abajo est"


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compuesto de los siguientes elementos/

;n elemento met"lico de alimentacin provisto de una compuerta deinicio de velocidad 'compuerta llamada pico de pato( al cual sigue untranquili$ador, para obtener el flujo de filetes paralelos desde el inicio

del canal.

y aguasabajo en - gotas mec"nicas comandadas por un mecanismoelectromec"nico.

ACCESORIO CON 0UE CUENTA E" CANA" SON

;n vertedero de pared delgado sin contraccin ;n vertedero de pared delgado de una contraccin ;n vertedero de pared delgado de dos contracciones ;n perfil ?E@%A# denominado tambi!n barrage de cresta

grueso. ;na compuerta de fondo ;n pilar de puente de forma redondeada ;n pilar de puente perfilado

;na contraccin parcial

3. !ROCEDIIENTO

a( Bijar la pendiente del canal '16 por ejemplo(

b( Cerificar la calibracin del limnimetro

c( &brir la llave de compuerta para circular agua en el canal.

d( 0i considera necesario ver condiciones de entrada del flujo.e( edir el caudal de agua que est" circulando despu!s de haber


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transcurrido cierto tiempo para la estabili$acin del flujo.

f( Determinar la lectura del fondo de la canali$acin y otra lectura en lasuperficie de agua, con ayuda del limnimetro de punta. %or diferencia delecturas se obtiene el tirante de agua en la seccin.

g( epetir el paso anterior para distintas pendientes, con el cual seobtendr"n distintos valores de tirante, por encima de una valor criticodenominado tirante crtico, cuando el r!gimen es subcrtico> y pordebajo, si el r!gimen es supercrtico. Debe hallar un mnimo de :mediciones.

DETERINACI/N DE "A ENER&IA ES!EC4FICA

)a energa especifica en una seccin cualquiera de un canal, se definecomo la energa por g. De agua referida al fondo de la canali$acin.

#omo Ee=y+v

2

2g

V=Q

A Ee=y+

Q2

2g A2

Ee=y+Q

2

2g b2y

2

#uando el caudal es constante/ A=by

Ee=y+c

y2

#uando el tirante de flujo se tra$a en fundn de la energa especfica, se

obtiene una curva de dos ramas/ y F#

)a rama se aproxima al eje hori$ontal asintticamente hacia la

derecha.

)a rama F# se aproxima a la lnea


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Existe un punto donde la energa es mnima y ocurre solamente para eltirante crtico 'yc(, definiendo estos puntos para distintos caudales un lugar

geom!trico de los yc, para el Iestado crtico del flujoJ.

Estado subcrtico y K yc> B L A r!gimen tranquilo

Estado supercrtico y L yc> B K r!gimen r"pido, torrencial o turbulento.


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Estado #rtico/

F=1= V

gyc

5. CUESTIONARIO

a( Demostrar que la energa especifica mnima ocurre cuandoCc * C g @c, es decir cuando el n4mero de Broude es igual a 1.

%ara el valor dado de energa especifica 'E( y un caudal constante'M( dado,se tiene que/

E* y + v

2

NNNNNNNNNNN.'.1(

)uego 'aplicando la ecuacin de continuidad( tenemos que/

C* M&> entonces &*O'y(

M* cte.

Entonces/

E* y + Q

2

2

)uego tenemos que/

%ara un valor 0, se puede presentar una curva de energa especifica cmo seilustra en la figura.Esta curva muestra que para valores dados M y E, son posibles dosprofundidades y de aqu, dos velocidades. )as dos profundidades se conocencomo profundidades alternas.


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b( Praficar en papel milimetrado, la energa especifica en abscisasy los tirantes en ordenadas. El caudal se mantiene constante al igualque la base de la compuerta rectangular777

M* 8-522 cm8sg* Q:1 cm-sb*-3 cm*M--RgR&-

En el siguiente cuadro expresamos como hemos calculadola energa especfica en funcin de los tirantes que varan enel recorrido del fluido.

& continuacin, mostramos el grafico de los resultadosobtenidos.

n el siguiente cuadro e#presamos como $emos calculado la energ%a espec%fica

en funci&n de los tirantes 'ue !ar%an en el recorrido del fluido.-Grafico reali(ado en #cel


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c( #on los datos constantes del ejercicio anterior se obtiene la energarelativa/

@c*'M-( '18( gRb

@c*89.-9555

S3T* @@c

Er*Ee@c T*@@c2.318-2:

85 1-.992.318222

85 1-.53

2.353:8581 Q.S5

2.3352:1- Q.5:

2.922S:18 :.59

2.9--1-23 :.18

2.9:28-93Q S.55

2.9Q1991:- S.88

0.5 0.6 0.7 0.80

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Er vs X

Energia Relativa

X=Y/Yc

Despu"s de las e#periencias obtenidas en laboratorio 'uedan ms claras nuestras

dudas sobre el clculo de la energ%a especifica en una compuerta rectangular )

Grafico reali(ado en #cel


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8. ANE9O#

Fotos de la elaboracin del

laboratorio

:;en


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de salida de agua del canal de experimentacin> es decir, elcerrado de la persiana. )ogrado el efecto de resalto setoman las medidas de los tirantes antes y despu!s del saltohidr"ulico. )a dificultad de estas mediciones es la ondulacinen la superficie del agua que produce el salto, para lo cual se

tendr" las siguientes consideraciones/

Despu!s de iniciado el resalto, se dejar" estabili$ar el flujo

de agua.

)as mediciones con el limnmetro se har"n

aproximadamente en la mitad de la altura de lasondulaciones en una $ona de vientre de onda.

)as mediciones para antes y despu!s del resalto se har"n,como se menciona, antes y despu!s dela $ona deturbulencia, donde se aprecia un burbujeo constante. Esta$ona de cambio abrupto de tirante representa una p!rdida deenerga, asimismo, el burbujeo indica la inclusin de aire enel agua. %ara controlar los caudales se debe hacer unamedicin antes y despu!s del experimento, esto gracias a laayuda del vertedero de 38.:U instalado. Es preciso que elflujo de agua este estable para as poder tomar medidasacertadas de este par"metro.

2. OBJETIVOS

Estudiar el fenmeno del cambio de r!gimen de flujo en uncanal rectangular, pasando de r!gimen supercrtico alr!gimen suscritico.

Determinar la relacin existente entre la energaespecfica en un canal rectangular y el tirante> asimismocomprobar mediante c"lculos tericos valores de energa

mnima y tirantes crticos.


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Estudiar a trav!s del experimento el comportamiento de unresalto hidr"ulico, mediante el uso de un canal rectangular.

8. B;?D&E?< E


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caudal m"ximo de ensayo es de 122 ls. la longitud 4til del canal es de12.39 m. ': elementos de 1.8- m.(

sistema canal visto desde aguas arriba hacia aguas abajo est" compuestode los siguientes elementos/

;n elemento met"lico de alimentacin provisto de unacompuerta de inicio de velocidad 'compuerta llamada picode pato( al cual sigue un tranquili$ador, para obtener el flujode filetes paralelos desde el inicio del canal.

y aguas abajo en - gotasmec"nicas comandadas por un mecanismoelectromec"nico.

ACCESORIO CON 0UE CUENTA E" CANA" SON

;n vertedero de pared delgado sin contraccin ;n vertedero de pared delgado de una contraccin ;n vertedero de pared delgado de dos contracciones

;n perfil ?E@%A# denominado tambi!n barrage de crestagrueso. ;na compuerta de fondo ;n pilar de puente de forma redondeada ;n pilar de puente perfilado

;na contraccin parcial

Vacer circular agua en el canal.

. !ROCEDIIENTO


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Bijar una pendiente que produ$ca flujo supercrtico

0i no se produce el resalto provocar este utili$ando unaccesorio del canal el cual puede ser la componente defondo sino con la compuerta tipo persiana.

edir los tirantes de agua antes y despu!s del resalto'tirantes 7 conjugados(.

epetir esta operacin por lo menos : veces para el mismocaudal

DETERINACI/NDE "A FUER=A ES!EC4FICA

De la ecuacin de cantidad de movimiento aplicado a un volumende #ontrol comprendido por las ecuaciones 1 y -/

Dividiendo la ecuacin 'l( por I I tendramos la variacin decantidad de movimiento por unidad de peso/

F>er?a especifica en l , f>er?a especifica en 2

Es decir, en una seccin, la suma de la fuer$a debido a presin yal flujo dividido por el peso especfico se denomina fuer$aespecfica en la seccin.Dnde/

M*#audalg*&celeracin de la gravedad&*b . y * "reade la seccin

y*'y-(, posicindel centro de gravedad de la seccin rectangular.

En la ecuacin '-( para una misma energa especifica/

y1y y2son profundidades conjugadas ultiplicando la

ecuacin '5( por y-c/


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Binalmente se establece que

Denominando ecuacin del resalto hidr"ulico donde ?4mero deBroude en la seccin l.

OBSERVACION#

En la ecuacin de energa examinamos una p!rdida de carga WhfWpor efecto del resalto hidr"ulico debido a p!rdidas de energainterna> en la ecuacin de cantidad de movimiento examinamosuna p!rdida de fuer$a por efecto del resalto debido a la accin delas fuer$as exteriores tales como frotamiento del fluido con lasparedes del canal u otro efecto.

Esquema de energa especfica y fuer$a especfica.

El n4mero de Broude 'B(, adem"s de la clasificacin de flujos

sirve para designar el tipo de salto hidr"ulico que se produce, as/

B * 1 a 1.S ondular B * -.3 a 5.3 oscilante, etc.

)a seleccin del tipo de salto

5. CUESTIONARIO

a( Vacer la gr"fica energa especifica vs tirantes antes y despu!s del salto.

#on los datos obtenidos en el laboratorio calculamos los tirantes antes ydespu!s del salto hidr"ulico.


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En este cuadro calculamos las energas especificas antes y despu!s delsalto.

&horaanali$aremos

las graficascon los respectivos datos.


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&hora despu!s del salto.


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8. CONC"USIONES @ RECOENDACIONES

8.*. CONC"USIONES#

ientras mayor sea el tirante la energa especifica ser" mayor

El salto hidr"ulico lo podemos calcular no tan solo con los datos delexperimento si no que tambi!n con la funcin del n4mero de froude

8.2. RECOENDACIONES

0e recomienda medir con cuidado los tirantes ya que se pude tomar lasmedidas por la que el flujo disminuye cuando lo cambiamos la pendiente

%ara tomar las medidas del tirante es necesario fijar un sitio donde elagua este menos turbulento

0e recomienda poner un disipador de energa para que as el flujo seauniforme

. BIB"IO&RAFIA

E#X?A#& DE B);AD


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FOTOS DE" DESARRO""O DE""ABORATORIO

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