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SECCIN DE LABORATORIOSGUtA: LABORATORTO 1iCONTROL IMPUESTO POR EL FLUJO CRITICO Y LAENERGIA ESPECIFICA

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FIGURA 11'l-Montaje.delmodelo para determinar la energa especfica en elcanalde lechoajustabre. Laboratorio de Hidrurica. universida de Naro.

11.1 lntroduccin

En el estudio de los canales, es una gran herramienta el conocimiento de sus condiciones a travsde graficas que describan su comporimiento a medida que su curso avanza, la energa especfica;::3,5"i #",fli,1""i:;"1T.:i::i"j?nes de rrujo varan,

';;il ;; "l ;";;;;1" ,"i,"oad y ra

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11.2 ObjetivosLos objetivos de esta prctica de laboratorio son los siguientes.

- calcular la profundidad critica tericamente y experimentalmente rara un cauc1aldeterminado.

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CONTROL IMPUESTO POR EL FLUJO CRITICO Y LAENERGIA ESPECIFICA

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* Graficar las curvas que relacionan a la energa con la profundidad para los valores delensayo.

11.3 MATERIALES -

EeUtpOS: DESCRIpC|ON11.3.1 Materiales

- canal de lecho ajustabre o pendiente variabre de seccin rectangurar.- Vlvula de control de gasto.-

Nivel.-

Tubos Pitt.

11.3.2 Equpos e instrumentos

- Sistema de bombeo a circuito cerrado.

- Recipiente para aforo volumtrico.

- Cronmetro digital.

- Termmetro.

- Reglas o limnmetros.

1 l.4FUNDAMENTO TEORICO

La energa especfica se define como la energa por unidad de peso del liquido en movimiento encualquier seccin der canar, medida con referencia a ra sorera fondo, esto es:2E=Y+')o-)

Donde:

E: Energa especificaY: Profundidad de la lmina del tquidoV: Vetocidad media delflujoG: Aceleracin de la gravedad

En funcin del caudal se tiene;

E_111.21

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ENERGIA ESPECIFICA

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Siendo A = rea de la seccin hidrulica.Para un canal rectangular A = b: Donde, b es el ancho del canalReemplazando en la ecuacin 111.2ly haciendo que la relacin Q/b = q que significa caudal porunidad de ancho, se tiene:

2

E=Y)* o* t,tT

111.31

Para un caudal constante la energa especfica es funcin nicamente de la profundidad del flujo;su variacin se muestra en la figura (11.1).

Yr'-zslt'l

FIGURA 11.Z.-Variacin de la energa especficapara un caudalconstante.

FIGURA 11.3.-Variacin del caudal para unaenerga constante

TYc

l' Enrin

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Segn la figura (11.3) se presenta un valor mnimo de la energa especfica para una nicaprofundidad, llamada profundidad critica ( Yc ) para valores de E>Emin el flujo se puede presentarcon dos profundidades diferentes:

Y1ycTeniendo en cuenta que para un caudal constante la velocidad vara inversamente con laprofundidad, las velocidades correspondientes a profundidades Y,Yc.

11.4.1 Clasificacin det ftujoDe acuerdo a lo anterior se entiende los siguientes tipos de flujo

1. Flujo lento o subcritico s Y>yc; VcVc; FR1

El Nmero de Froude(FR) cuya expresin de clculo es:

Fr- [11 4]Donde:

V: Velocidad de flujo = e/AYh: Profundidad hidrulica = A/BB: Ancho de la superficie libre

Para un caudal rectangular B = b; yh = yPara calcular la profundidad crtica en un canal rectangular la expresin es:

i/ ) \.v^-l Q l'''-l;l t1151\,/

La energa especfica mnima en canal rectangular es:r 2

Emin =Yct" =1*y")o ) : [11'6]-tr

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si se mantiene constante la energa especfrca y se despeja el caudal se tiene:Q=A* u1.71

Para un canal rectangular:

q= Y* -,fz* f@-4 [11 8]Estas ecuaciones muestran que el caudal para E permanece constante, es funcin de laprofundidad. La variacin del caudal se muestra en la figura (11.2).La figura [1 1.2] muestra que el caudal es mximo para la profundidad crtica, propiedad muy tilpara el diseo de secciones de mxima descarga como de vertederos, salida de depsitos y otros.Cuando en un canal se tiene un flujo lento y por lo tanto la profundidad del agua mayor que laprofundrdad crtica, cualquier perturbacin que se haga al final del canal repercuie-aguas arriba.As si mediante una compuerta se aumenta la profundidad del agua al final del canal, lasprofundidades aguas arriba tambin aumentan y viceversa.Pero si aguas arriba de la compuerta de control existe una seccin con profundidad crtica, lacompuerta deja de tener influencia haca aguas arriba y el control pasa a ejercerlo la seccin deprofundidad crtica.

11.5 PROCEDIMENTO DE LABORATORIO

1 1.5.1 Funcionamiento - Procedimiento1. Hacer funcionar el sistema con la respectiva bomba.2. Verificar el correcto funcionamiento del sistema al recircular el agua.

'11.5.2 Toma de datos1- Mida el ancho del canal (b) y ajuste el lecho del canal para Z = 0 en todas las secciones.Asegrese que el canal este bien nivelado.2. Levantar la compuerta aguas abajo hasta 3.S0 centmetros.3. Mediante la vlvula de control de gasto, haga circular un caudal tal que yr = 10.0 centmetros

aproximadamente.4. Una vez estabilizado el flujo afore por mtodo volumtrico el caudal circulante.5. Mueva la compuerta de cola, manteniendo el caudal constante y compruebe la variacin de laprofundidad aguas arriba.6. Vuelva a colocar la compuerta levantada 3.50 centmetros.7. Levante la parte controldel lecho, con incrementos Z2 de 5.0 10.0 mm segn el cuadro 11.1,

manteniendo siempre el caudal constante.

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8. Para cada posicin de 22 del lecho midaY1, Y2 y Y3.

en las secciones 1,2 y 3 las profundidades del agua9' lntroduzca los pitmetros hasta el centro de cada seccin y lea las alturas piezomtricas H1, H2

Y Hs.10' Para cada posicin de z2del lecho vaya calculando para las tres secciones las energasespecificas as:

Para las secciones (1) y (3). E1 = H1, puesto que 21 = 0.A medida que se incrementa 22 observe como vara la(1) v Q).

11 . vaya observando. ra disminucin de E2 a medida que increme nta 22.12' obsrvese cuando E2 empieza a seiconstante. La profundidad y2 habr alcanzado su,v,aicr.

-

crtico que seguir constante. Anote esta condicin para y, = y"13' siga incrementand? zry mueva la compuerta de cola y obierve como vara yt ,l yz.14. Anote los datos y observaciones en el iuadro 1 1 .1 .

1L5.3 Procesamiento de datos1' Calcule la profundidad crtca para el caudal medido por la ecuacin [11.3]; compare estevalor con el obtenido en el ensayo.2' Dibuje en papel milimetrado y a escala conveniente las curvas Et vs Zz y E2 vs 22 con losvalores obtenidos en el ensayo.3 Las El vs 22 y E2 vs 22, presentan un punto donde cambia su pendiente. Anaice qusignifican las coordenadas (E, Z) correspondiente a esos puntos

Il.oCONTENIDO DEL INFORME DE LABORATORIOVer lineamientos para la presentacin de los informes de laboratorlo. En la descripcin de lainstalacin se deben incluir fotografas y esquema explicativo de funcionamiento del montai

11.7 BIBLIOGRAFIA

Manual de Prctic*'de Laboratorios de hidrulica

Para la seccin (2) E2 = Hz -

Zz.

profundidad del agua en las secciones

MARBELLO, Ramiro., Fundamentos para las prcticas de laboratorios de hidrulica.universidad Nacional de colombia. eostgraoo en Aprovechamiento de RecursosHidruticos. Facuttad de Minas, Medeiln, ZO. SzO p. r -'--RoDRIGUEZ, D, Alfonso. Hidrulica experimental. 1a edicin. Escuela colombiana delngeniera. Bogot, 2001.337 p.SOTELO AVILA, Gilberto. ,,Hidrulica General,,; Volmenes I y il. Editoriat Limusa S.A.,Octava Reimpresin 198S. 561 p.URRUTIA' c, Norberto' Hidrulica de canales. 2a edicin. universidad del Valle. Facultadde lngeniera. Departamento Mecnica de Fluidos y ciencias ie-"ur. cali, 1992. 222 p.

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Cdiso; LBE-SpM='11

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CUADRO 11.1 Reporte de datos y resultados

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Vigente a partoe: 3oyoezolo

GARGO:

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Victor Wltam pantola

Piedad Rebolledo Muoz

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Jefe de Laboratonos

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GUIA LABORATORIOoOSTEhCION DE CURVAS C\UML-AI_TURA EN BOIJIHAS

CENfRfFUGAS

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Versin: 1Vqente a prytirde:gQ4qBtr 010Mgent a partir de,zilA4t2010

T*urperee.a dd qua * ry* 6-1 Reporte de datos y resultados- Bonra N"j

Ternper,etura oA ugorH*l 6 2 Reporte de datos y resultados. Bomba N'2.

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CENTRFUGAS

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TABLA6-3 Repre de datos y re*dtdor Bomba N"1 y Bornba N?- En serie_Twnpw'*tur* del *gu* sr t:

(&l foo pr,c"'dn*. e1 ,o-c erfpfTAatA 6-4 Reporte de datos y resulta&s- Bomba N'1 y Brxnbra N.2- En paralelo-

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