UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR … · Canaleta Parshall, Sifón normal y Contracción hidráulica....

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EXPERIMENTACIÓN DE UN GRAN CANAL

HIDRODINÁMICO Y ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS PARA PRUEBAS

DE USO ESTUDIANTIL.

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL

TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

AUTORES:

CASTRO GALÁRRAGA JUAN CARLOS

CÓRDOVA MAIGUA TOMÁS RODRIGO

TUTOR: ING. SALOMÓN ENRIQUE JAYA QUEZADA MSc.

QUITO – ECUADOR

2015

ii

DEDICATORIA

Este proyecto de graduación hecho con mucho esfuerzo, es dedicado primeramente a

Dios y a mis padres mil gracias por su apoyo incondicional, desde el día empecé.

A mis hermanas que les deseo que pronto sean las profesionales que soñaron, a mi

familia, a mis amigos y a todas las personas que tienen un lugar en mi corazón,

quienes siempre estuvieron junto a mí.

Juan Carlos Castro Galárraga

iii

DEDICATORIA

Este trabajo de graduación dedico de todo corazón a toda mi familia en especial a

mis padres quienes supieron guiarme por el camino del bien para poder tener el éxito

que hoy lo estoy cumpliendo.

La inspiración que hizo realidad estos sueños fue gracias al apoyo moral e

incondicional de mi querida esposa y mi única y querida hija.

Tomás Rodrigo Córdova Maigua

iv

AGRADECIMIENTO

A Dios, por darme tantas bendiciones, por llenarme de prosperidad y brindarme su

cuidado siempre.

Agradezco a mis padres Rita y Carlos, quienes me han dado los mejores regalos: La

educación y los valores. A mis hermanas Ale y Gaby por tenerme paciencia.

A mi compañero de tesis Tomás Córdova, por su apoyo en todo el proyecto de

graduación.

Al Director del Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas Ing. Salomón Jaya MSc.

por ayudarme en este proyecto de grado, desde el inicio, hasta el final del mismo.

Al Ing. Ing. Efrén Ortiz e Ing. Paulina Lima, por brindarme su apoyo en este trabajo de

graduación.

Al Ing. Jaime Gutiérrez, por su asesoramiento técnico brindado.

A la gloriosa Universidad Central del Ecuador, y en especial a la Facultad de

Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática y sus respectivos profesores.

Al Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas, por haberme brindado el espacio

físico e infraestructura para construir el Canal Hidrodinámico.

A mis amigos.

Finalmente al Sr. Jorge Pilataxi por su ayuda en esta tesis.

Juan Carlos Castro Galárraga

v

AGRADECIMIENTO

A Dios, por darme tantas bendiciones, por llenarme de prosperidad y brindarme su

cuidado siempre.

Agradezco a mis padres, quienes me han dado los mejores regalos: La educación y

los valores. A mis hermanas por su apoyo moral.

A mi esposa e hija que me supieron entender el esfuerzo que hice para poder alcanzar

este éxito.

A mi compañero de tesis Juan Carlos Castro, por su apoyo en todo el proyecto de

graduación.

Al Director del Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas Ing. Salomón Jaya MSc.

por ayudarme en este proyecto de grado, desde el inicio, hasta el final del mismo.

Al Ing. Ing. Efrén Ortiz e Ing. Paulina Lima, por brindarme su apoyo en este trabajo de

graduación.

Al Ing. Jaime Gutiérrez, por su asesoramiento técnico brindado.

A la gloriosa Universidad Central del Ecuador, y en especial a la Facultad de

Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática y sus respectivos profesores.

Al Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas, por haberme brindado el espacio

físico e infraestructura para construir el Canal Hidrodinámico.

Finalmente al Sr. Jorge Pilataxi por su ayuda en esta tesis.

Tomás Rodrigo Córdova Maigua

vi

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, CASTRO GALÁRRAGA JUAN CARLOS en calidad de autor del trabajo de

investigación o tesis realizada sobre: DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y

EXPERIMENTACIÓN DE UN GRAN CANAL HIDRODINÁMICO Y

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS PARA PRUEBAS DE USO ESTUDIANTIL,

por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer

uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta

obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los

artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Quito, 25 de Junio de 2015

JUAN CARLOS CASTRO GALÁRRAGA

C. I.: 172269015-1

vii

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL

Yo, CÓRDOVA MAIGUA TOMÁS RODRIGO en calidad de autor del trabajo de

investigación o tesis realizada sobre: DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y

EXPERIMENTACIÓN DE UN GRAN CANAL HIDRODINÁMICO Y

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS PARA PRUEBAS DE USO ESTUDIANTIL,

por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer

uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contiene esta

obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los

artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Quito, 25 de Junio de 2015

TOMÁS RODRIGO CÓRDOVA MAIGUA

C. I.: 100286417-9

viii

CERTIFICACIÓN

En calidad de Tutor del proyecto de Graduación: “Diseño, Construcción Y

Experimentación De Un Gran Canal Hidrodinámico Y Estructuras Hidráulicas

Para Pruebas De Uso Estudiantil”, presentado y desarrollado por el señor: Castro

Galárraga Juan Carlos, previo a la obtención del Título de Ingeniero Civil,

considero, que el proyecto reúne los requisitos necesarios.

En la ciudad de Quito, a los 28 días del Mes de Abril del año 2015.

Profesor Principal de la Facultad

TUTOR DEL PROYECTO DE GRADUACIÓN

ix

CERTIFICACIÓN

En calidad de Tutor del proyecto de Graduación: “Diseño, Construcción Y

Experimentación De Un Gran Canal Hidrodinámico Y Estructuras Hidráulicas

Para Pruebas De Uso Estudiantil”, presentado y desarrollado por el señor:

Córdova Maigua Tomás Rodrigo, previo a la obtención del Título de Ingeniero Civil,

considero, que el proyecto reúne los requisitos necesarios.

En la ciudad de Quito, a los 28 días del Mes de Abril del año 2015.

Profesor Principal de la Facultad


x

INFORME SOBRE CULMINACIÓN DE TESIS

TRABAJO DE GRADUACIÓN:



DE USO ESTUDIANTIL.

TUTOR: Ing. Salomón Enrique Jaya Quezada MSc.

FECHA: 27 de Abril del 2015.

1. ANTECEDENTES:

La Directora de la Carrera de Ingeniería Civil; solicita el informe posterior al

análisis, dirección y orientación con Oficio FI-DCIC-2014 – 1377 sobre el Plan y

Temario del Trabajo de Graduación previo a la obtención del Título de Ingeniero

Civil; presentado por el señor CASTRO GALÁRRAGA JUAN CARLOS, que

versa sobre: “DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EXPERIMENTACIÓN DE UN

GRAN CANAL HIDRODINÁMICO Y ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS

PARA PRUEBAS DE USO ESTUDIANTIL”.

2. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN:

El señor estudiante procede a la recolección de material bibliográfico necesario

para el desarrollo del proyecto de graduación referente al diseño del Perfil

Creager con Salto tipo Esquí Libre, Canaleta Parshall, Sifón normal y

Contracción hidráulica.

Esta actividad consiste en la recolección y revisión crítica de los textos y de las

publicaciones sobre este tema. Adicionalmente se revisó toda la información

producto de la investigación para establecer cuál es la mejor alternativa de

diseño para el Gran Canal Hidrodinámico.

Se procede con la sistematización y ordenamiento de las fórmulas existentes a

ser utilizadas en el Proyecto de Graduación.

xi

Se realiza el diseño de los cuerpos hidráulicos de prueba de manera que se pueda

alcanzar un fácil y adecuado dimensionamiento observando las distintas

variables que rigen en el diseño.

Se procede con la construcción del Gran Canal Hidrodinámico y de las

estructuras hidráulicas de prueba: Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre,

Canaleta Parshall, Sifón normal y Contracción hidráulica.

Se formula la Guía de Practica para cada uno de las estructuras hidráulicas de

prueba y los correspondientes resultados experimentales.

3. CONCLUSIÓN:

Se considera que este trabajo de graduación es un valioso aporte el mismo que

permite poder visualizar los flujos producidos en un canal hidrodinámico por las

diferentes estructuras hidráulicas de prueba. Por lo tanto se facilita a los docentes y

estudiantes de la Facultad, para que puedan tener una mejor integración entre la

teoría con la experimentación de los flujos en el canal y sus estructuras. A su vez

posteriormente se podrán realizar nuevas investigaciones en el canal hidrodinámico,

por lo que el proyecto tiene mucha importancia.

Atentamente,


xii

INFORME SOBRE CULMINACIÓN DE TESIS

TRABAJO DE GRADUACIÓN:



DE USO ESTUDIANTIL.

TUTOR: Ing. Salomón Enrique Jaya Quezada MSc.

FECHA: 27 de Abril del 2015.

1. ANTECEDENTES:

La Directora de la Carrera de Ingeniería Civil; solicita el informe posterior al

análisis, dirección y orientación con Oficio FI-DCIC-2014 – 1378 sobre el Plan y

Temario del Trabajo de Graduación previo a la obtención del Título de Ingeniero

Civil; presentado por el señor CÓRDOVA MAIGUA TOMÁS RODRIGO, que

versa sobre: “DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EXPERIMENTACIÓN DE UN

GRAN CANAL HIDRODINÁMICO Y ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS

PARA PRUEBAS DE USO ESTUDIANTIL”.

2. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN:

El señor estudiante procede a la recolección de material bibliográfico necesario

para el desarrollo del proyecto de graduación referente al diseño del Perfil

Creager con Salto tipo Esquí Libre, Canaleta Parshall, Sifón normal y

Contracción hidráulica.

Esta actividad consiste en la recolección y revisión crítica de los textos y de las

publicaciones sobre este tema. Adicionalmente se revisó toda la información

producto de la investigación para establecer cuál es la mejor alternativa de

diseño para el Gran Canal Hidrodinámico.

Se procede con la sistematización y ordenamiento de las fórmulas existentes a

ser utilizadas en el Proyecto de Graduación.

xiii

Se realiza el diseño de los cuerpos hidráulicos de prueba de manera que se pueda

alcanzar un fácil y adecuado dimensionamiento observando las distintas

variables que rigen en el diseño.

Se procede con la construcción del Gran Canal Hidrodinámico y de las

estructuras hidráulicas de prueba: Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre,

Canaleta Parshall, Sifón normal y Contracción hidráulica.

Se formula la Guía de Practica para cada uno de las estructuras hidráulicas de

prueba y los correspondientes resultados experimentales.

3. CONCLUSIÓN:

Se considera que este trabajo de graduación es un valioso aporte el mismo que

permite poder visualizar los flujos producidos en un canal hidrodinámico por las

diferentes estructuras hidráulicas de prueba. Por lo tanto se facilita a los docentes y

estudiantes de la Facultad, para que puedan tener una mejor integración entre la

teoría con la experimentación de los flujos en el canal y sus estructuras. A su vez

posteriormente se podrán realizar nuevas investigaciones en el canal hidrodinámico,

por lo que el proyecto tiene mucha importancia.

Atentamente,


xiv

RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN

xv

RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN

xvi

CONTENIDO

DEDICATORIA………………………………………………….......................Pág. ii

AGRADECIMIENTO…….……………………………………………………Pág. iv

AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL……....…..………….Pág. vi

CERTIFICACIÓN……………………………….…………………………....Pág. viii

INFORME SOBRE CULMINACIÓN DE TESIS……......................................Pág. x

RESULTADO DEL TRABAJO DE GRADUACIÓN……...………………..Pág. xiv

CONTENIDO.…………….……………………………………………….…Pág. xvi

LISTADO DE FIGURAS….…...………...…………………………………...Pág. xxi

LISTADO DE FOTOGRAFÍAS....…...………...………………………..….Pág. xxiv

LISTADO DE GRÁFICOS….…...……………………………...….......…..Pág. xxvii

LISTADO DE TABLAS...…….………………………………...……...….Pág. xxviii

RESUMEN…………………………………………………………….....…..Pág. xxx

ABSTRACT………………………………………………..…………...…...Pág. xxxi

CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN……………………….…………….Pág. xxxii

CAPÍTULO I: GENERALIDADES…...……………………………………..Pág. 1

1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA…………………………………...Pág. 1

1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN DEL

PROYECTO……………………………………….…………………….Pág. 1

1.3. INTERROGANTES DE LA INVESTIGACIÓN……………………… Pág. 2

1.4. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS. ………………...…….…..Pág. 2

xvii

1.5. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN.…….…………………..Pág. 3

1.6. BENEFICIARIOS…………………….………………………………...Pág. 4

1.7. FACTIBILIDAD. .…….……………………………………….………..Pág. 4

CAPÍTULO 2: FUNDAMENTOS TEÓRICOS………………………….….Pág. 5

2.1. CANAL HIDRODINÁMICO. . …………………………………..……Pág. 5

2.1.1. DEFINICIÓN. . ………………………………………………………...Pág. 5

2.1.2. PARTES DE UN CANAL HIDRODINÁMICO. . …………………….Pág. 5

2.1.3. CAUDAL DE DISEÑO. ……………………………………………….Pág. 6

2.1.4. MATERIALES USADOS. …………………………………………….Pág. 6

2.1.5. DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL. ……………………………...Pág. 7

2.1.6. CARACTERÍSTICAS DE UN CANAL ABIERTO. ………………….Pág. 8

2.1.7. CALADO NORMAL. ………………………………………………….Pág. 8

2.1.8. CALADO CRÍTICO. ………………………………………………....Pág. 10

2.1.9. RÉGIMEN DEL FLUJO. ……………………………………………..Pág. 11

2.2. PERFIL CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE. ………….Pág. 12

2.2.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. ……………………………………...Pág. 12

2.2.2. TIPO DE MATERIALES. ……………………………………………Pág. 13

2.2.3. FÓRMULAS Y CÁLCULOS. ………………………………………..Pág. 13

2.3. CANALETA PARSHALL. ……………………………………….….Pág. 25


2.3.2. TIPO DE MATERIALES. …………………………………………....Pág. 26

2.3.3. FÓRMULAS Y CÁLCULOS. ………………………………...……...Pág. 26

xviii

2.4. SIFÓN NORMAL. ………………………………………...………….Pág. 35


2.4.2. TIPO DE MATERIALES. ……………………………………………Pág. 35

2.4.3. FÓRMULAS Y CÁLCULOS. ………………………………………..Pág. 36

2.5. CONTRACCIÓN HIDRÁULICA. ………………………………….Pág. 41

2.5.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS. …………………………………..….Pág. 41

2.5.2. TIPO DE MATERIALES. …………………………………………....Pág. 42

2.5.3. FÓRMULAS Y CÁLCULOS. …………………………………….….Pág. 42

CAPÍTULO 3: CONSTRUCCIÓN DEL CANAL HIDRODINÁMICO

Y ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS DE PRUEBA.....................................Pág. 45

3.1. GRAN CANAL HIDRODINÁMICO.…………………………….….Pág. 45

3.1.1. PLANO DE CONSTRUCCIÓN.…………………….………………..Pág. 45

3.1.2. INFRAESTRUCTURAS HIDRÁULICAS AL INGRESO Y

SALIDA DEL CANAL HIDRODINÁMICO…………………….….Pág. 45

3.1.3. MONTAJE DEL MODELO…………………………….……...….….Pág. 48

3.2. VERTEDERO CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE.....….Pág. 52

3.2.1. PLANO DE CONSTRUCCIÓN.……………………….………….….Pág. 52

3.2.2. RESÚMEN FOTOGRÁFICO.…………………………………….….Pág. 52

3.3. CANALETA PARSHALL.………………………………….…….….Pág. 57

3.3.1. PLANO DE CONSTRUCCIÓN.…………………………………..….Pág. 57


3.4. SIFÓN NORMAL.…………………………………………...…….….Pág. 62

3.4.1. PLANO DE CONSTRUCCIÓN.………………………………......….Pág. 62

xix

3.4.2. RESÚMEN FOTOGRÁFICO.………………………………...…..….Pág. 62

3.5. CONTRACCIÓN HIDRÁULICA.……………………………….….Pág. 65

3.5.1. PLANO DE CONSTRUCCIÓN.……………………………….….….Pág. 65


CAPÍTULO 4. EXPERIMENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

HIDRÁULICAS DE PRUEBA EN EL GRAN CANAL

HIDRODINÁMICO………………….………………………………………Pág. 66

4.1. CALIBRACIÓN DEL GRAN CANAL HIDRODINÁMICO….…… Pág. 66

4.2. PERFIL CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE………...… Pág. 68

4.2.1. ENSAYOS EN EL CANAL HIDRODINÁMICO……………….….. Pág. 68

4.2.2. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS…………………………… Pág. 73

4.2.3. GUÍA DE PRÁCTICA………………………………………….…… Pág. 73

4.3. CANALETA PARSHALL………………………………….…….…. Pág. 74

4.3.1. ENSAYOS EN EL CANAL HIDRODINÁMICO……………….….. Pág. 74

4.3.2. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS…………………………… Pág. 78

4.3.3. GUÍA DE PRÁCTICA………………………………………………. Pág. 78

4.4. SIFÓN NORMAL…………………………………………………… Pág. 79

4.4.1. ENSAYOS EN EL CANAL HIDRODINÁMICO……………...…… Pág. 79

4.4.2. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS………………………….... Pág. 81

4.4.3. GUÍA DE PRÁCTICA……………………………….…………….... Pág. 82

4.5. CONTRACCIÓN HIDRÁULICA………………………...…….…… Pág. 83

4.5.1. ENSAYOS EN EL CANAL HIDRODINÁMICO………………..…. Pág. 83

4.5.2. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS………………………….... Pág. 84

xx

4.5.3. GUÍA DE PRÁCTICA…………………………………………….… Pág. 86

CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. …….……Pág. 87

5.1. CONCLUSIONES GENERALES……………………………..….…. Pág. 87

5.2. RECOMENDACIONES GENERALES…………………………….. Pág. 89

5.3. GLOSARIO DE TÉRMINOS………………………………………... Pág. 90

5.4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y PÁGINAS WEBS………... Pág. 92

5.5. ANEXOS………………………………………………………….…. Pág. 93

xxi

LISTADO DE FIGURAS

Figura N° 2.1. Canal hidrodinámico…………………….………………...…… Pág. 5

Figura N° 2.2. Dimensionamiento del canal hidrodinámico……..….……...…. Pág. 7

Figura N° 2.3. Sección transversal del canal y su yn.……..……………...…… Pág. 9

Figura N° 2.4. Esquema de la curva de la Energía Específica………………... Pág. 10

Figura N° 2.5. Perfil Creager con salto tipo esquí libre………………..……... Pág. 12

Figura N° 2.6. Nomenclatura básica en un Vertedero Creager con salto tipo

esquí libre……………………………………………………...……………… Pág. 14

Figura N° 2.7. Ábaco para calcular la velocidad V1……………………….… Pág. 18

Figura N° 2.8. Pendiente aguas abajo del Perfil Creager………...…...….…… Pág. 19

Figura N° 2.9. Sección del Perfil Creager aguas abajo…………..…………… Pág. 20

Figura N° 2.10. Salto tipo esquí libre…………………………….…...……… Pág. 22

Figura N° 2.11. Distancia de lanzamiento de la caída del manto…..…...….… Pág. 23

Figura N° 2.12. Perfil aguas arriba………………………….…..……………. Pág. 25

Figura N° 2.13. Planta y elevación de un aforador Parshall……………….…. Pág. 27

Figura N° 2.14. Canaleta Parshall W= 3” en planta……………..…..….……. Pág. 30

Figura N° 2.15. Calados Ha, Hb y H2…………………………...……….…... Pág. 31

Figura N° 2.16. Resalto hidráulico………………..…………….………….… Pág. 33

Figura N° 2.17. Calados en canaleta Parshall………………………….……... Pág. 34

Figura N° 2.18. Sifón Normal……………………………………………….... Pág. 35

Figura N° 2.19. Sifón Normal con tubería N° 1…………………...……….… Pág. 36

Figura N° 2.20. Sifón Normal con tubería N° 2…………………..………..… Pág. 39

xxii

Figura N° 2.21. Contracción vertical………………….…………..………..… Pág. 41

Figura N° 2.22. Contracción hidráulica horizontal……………..………..….... Pág. 41

Figura N° 2.23. Contracción hidráulica horizontal recta con cambio de

sección de ancho mayor a menor……………...…………………...…….…… Pág. 42

Figura N° 2.24. Planta y elevación de la Contracción hidráulica horizontal..…Pág. 43

Figura N° 4.1. Esquema del vertedero triangular…………………………..….Pág. 67

Figura N° 4. 2. Ancho promedio del Gran Canal Hidrodinámico

construido……………………………………………………………………... Pág. 68

Figura N° 4. 3. Altura de agua y distancia X…………....……………...….…... Pág. 70

Figura N° 4. 4. Tubo Pitot…………………………………………….…….… Pág. 71

Figura N° 4. 5. Medidas y nomenclatura del Parshall…………....…..……… Pág. 74

Figura N° 4. 6. Calados en la canaleta Parshall …...……………...………..… Pág. 77

Figura N° 4.7. Sifón Normal con tubería N° 1 de Longitud = 0, 77 m……...... Pág. 79

Figura N° 4.8. Sifón Normal con tubería N° 2 de Longitud = 0,73 m……...… Pág. 80

Figura N° 4.9. Contracción hidráulica horizontal con cambio de sección de

ancho mayor a menor…………………………..……………………..………. Pág. 83

Figura N° 4.10. Curvas de desagüe y remanso en flujo gradualmente

variado…………………………………………………………………………Pág. 85

Figura N° 4.11. Planta y elevación de la contracción hidráulica y su flujo…....Pág. 86

Figura N° 5.1. Longitud efectiva del vertedero Creager con salto tipo

esquí libre…………………..……………………………………...………...…Pág. 98

Figura N° 5.2. Altura Ho en el vertedero Creager………....…………………..Pág. 99

Figura N° 5. 3. Altura de aguas abajo (dc) ……………....…….…...…………Pág. 99

xxiii

Figura N° 5. 4. Canaleta Parshall W= 3” en planta ……...…………………..Pág. 106

Figura N° 5. 5. Canaleta Parshall W= 3” en perfil…..………...…...………...Pág. 107

Figura N° 5.6. Sifón Normal con tubería N° 1…………………...…………..Pág. 113

Figura N° 5.7. Sifón Normal con tubería N° 2…………………...…………..Pág. 113

Figura N° 5.8. Contracción vertical……………………………..………..…..Pág. 119

Figura N° 5.9. Contracción hidráulica horizontal………………..………..….Pág. 119

Figura N° 5.10. Contracción hidráulica horizontal con cambio de sección

de ancho mayor a menor…………………………………………...…………Pág. 120

Figura N° 5.11. Curvas de desagüe y remanso en flujo gradualmente

variado……………………………………………………………………..…..Pág 121

xxiv

LISTADO DE FOTOGRAFÍAS

Fotografía N° 1.1. Canal hidrodinámico existente en el L. I. H………….……. Pág. 1

Fotografía N° 2.1. Estructura de soporte del canal hidrodinámico…….………. Pág. 7

Fotografía N° 3.1. Tanque de ingreso al canal……………………………….. Pág. 45

Fotografía N° 3.2. Disipador de energía en el tanque de ingreso……...……... Pág. 46

Fotografía N° 3.3. Sistema de bombeo………………………….……………. Pág. 46

Fotografía N° 3.4. Tanque de descarga……………………………..………… Pág. 47

Fotografía N° 3.5. Preparación del acrílico……………………………...…… Pág. 48

Fotografía N° 3.6. Derrocamiento de paredes que interfieren en la

ubicación final………………………………………………….….….….…… Pág. 48

Fotografía N° 3.7. Movimiento de infraestructura………………….………... Pág. 49

Fotografía N° 3.8. Colocación de refuerzos de acero y pintado de la

estructura metálica……………………………………………..………….….. Pág. 49

Fotografía N° 3.9. Colocación de base y paredes de acrílico……..…..……… Pág. 50

Fotografía N° 3.10. Impermeabilización del tanque de ingreso…..…..……… Pág. 50

Fotografía N° 3.11. Tubería en el tanque de descarga……….……….………. Pág. 51

Fotografía N° 3.12. Gran Canal Hidrodinámico terminado…………....……... Pág. 51

Fotografía N° 3.13. Preparación de madera…………………………..………. Pág. 52

Fotografía N° 3.14. Utilización de la caladora en la realización del

cimacio…………………………………………………………………........... Pág. 53

Fotografía N° 3.15. Perfil Creager aguas abajo con salto tipo esquí

libre…………………………………………………………………..……….. Pág. 53

Fotografía N° 3.16. Ensamblaje de piezas………………………..…………... Pág. 54

xxv

Fotografía N° 3.17. Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre…………..…… Pág. 54

Fotografía N° 3.18. Perfil Creager pintado e impermeabilizado….……...…... Pág. 55

Fotografía N° 3.19. Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre………..……… Pág. 55

Fotografía N° 3.20. Perforación en el acrílico para colocar los pernos……..... Pág. 56

Fotografía N° 3.21. Vista final del cuerpo………………………..…………... Pág. 56

Fotografía N° 3.22. Preparación de madera………..…………………………. Pág. 57

Fotografía N° 3.23. Definiendo geometría en la madera……..……….……… Pág. 57

Fotografía N° 3.24. Uso de la caladora…………...…………………...……… Pág. 58

Fotografía N° 3.25. Ensamblaje de piezas…….………………..…………….. Pág. 58

Fotografía N° 3.26. Perforación para colocación de pernos…………...……... Pág. 59

Fotografía N° 3.27. Sellado y pulido…………………………………………. Pág. 59

Fotografía N° 3.28. Canaleta Parshall pintada e impermeabilizada……….…. Pág. 60

Fotografía N° 3.29. Colocación del acrílico……………………..…...………. Pág. 60

Fotografía N° 3.30. Canaleta Parshall……………………….…..…………… Pág. 61

Fotografía N° 3.31. Trazado de la geometría………….………………...……. Pág. 62

Fotografía N° 3.32. Calado en madera…………………...………..…………. Pág. 62

Fotografía N° 3.33. Ensamblaje de piezas……………………………............. Pág. 63

Fotografía N° 3.34. Pulido y sellado…………………………….……………. Pág. 63

Fotografía N° 3.35. Pintado e impermeabilizado………………….…...…….. Pág. 64

Fotografía N° 3.36. Colocación del acrílico……………………..…………… Pág. 64

Fotografía N° 3.37. Cortado del acrílico para la contracción

hidráulica……………………………………………………………..……….. Pág. 65

Fotografía N° 3.38. Pegado del acrílico………………………………...…….. Pág. 65

xxvi

Fotografía N° 4.1. Cinta en el Gran Canal Hidrodinámico……………..……. Pág. 67

xxvii

LISTADO DE GRÁFICOS

Gráfico 2.1. Coordenadas del Cimacio………….……………………………. Pág. 17

Gráfico N° 4. 1. Energía perdida…..………………….……………………… Pág. 73

Gráfico N° 4. 2. Curva de descarga del aforador Parshall……………………. Pág. 76

xxviii

LISTADO DE TABLAS

Tabla 2.1. Cálculo del calado crítico……………….………………………... Pág. 11

Tabla 2.2. Tipo de régimen de un fluido…………………….………………... Pág. 11

Tabla 2.3. Coordenadas del Cimacio………………………….……………… Pág. 16

Tabla 2.4. Clasificación de los aforadores Parshall…………………...……… Pág. 26

Tabla 2.5. Dimensiones de un aforador Parshall. …………………………..…… Pág. 27

Tabla 2.6. K y n según ancho de garganta…………………………..………... Pág. 29

Tabla 2.7. Máxima sumergencia (Hb/Ha)……………………….…..………... Pág. 29

Tabla 2.8. Perfil de la lámina vertiente de la Canaleta Parshall para

el Qd de 20 l/s………………………………………………………………….Pág. 34

Tabla 2.9. Tabulación de datos de los dos sifones…………..……..…………. Pág. 40

Tabla 2.10. Cálculo del calado crítico…………………………………….……Pág.43

Tabla 4.1. Alturas de agua teóricas del salto esquí…………….….………….. Pág. 70

Tabla 4.2. Alturas de agua obtenidas en el laboratorio del salto esquí……….. Pág. 70

Tabla 4.3. Velocidades en los puntos 2 y 3………..……………..…………… Pág. 72

Tabla 4.4. Números de Froude y porcentaje de disipación………..…………. Pág. 72

Tabla 4.5. Resultado de caudales en función de las alturas…………………... Pág. 75

Tabla 4.6. Alturas de agua teóricas……………….…………….…………….. Pág. 77

Tabla 4.7. Alturas de agua obtenidas en el laboratorio………………...……... Pág. 77

Tabla 4.8. Micro molinete usado……………………..………………………. Pág. 80

Tabla 4.9. Velocidad con Tubería N° 1……………………….…..………….. Pág. 81

Tabla 4.10. Velocidad con Tubería N° 2……………………….…………….. Pág. 81

xxix

Tabla 4.11. Valores experimentales en Sifón……………………...…………. Pág. 81

Tabla 4.12. Alturas experimentales en la Contracción hidráulica……….…… Pág. 84

Tabla 5.1. Cuadro de datos del perfil Creager ………...………………..……Pág. 103

Tabla 5.2. Cuadro de datos para la curva de descarga ………...……………..Pág. 110

Tabla 5.3. Cuadro de datos y cálculos del sifón ……………...………..…….Pág. 116

Tabla 5.4. Cuadro de datos de la Contracción hidráulica………...……..……Pág. 124

xxx

RESUMEN



DE USO ESTUDIANTIL.

Frente a la necesidad de contar con un gran canal hidrodinámico y estructuras

hidráulicas de prueba con dimensiones mayores respecto al canal que se encuentra en

el Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la U.C.E., Facultad de Ingeniería,

Ciencias Físicas y Matemática (Sección transversal 0,10 m x 0,30 m y longitud de

3,00 m), surge la idea de plantear este proyecto de graduación, tomando en cuenta

que será un gran aporte para la Facultad.

El canal hidrodinámico será de una longitud de 11.55 metros y 0.375 m x 0.40 m de

sección transversal, la cual será suficiente para poder visualizar los flujos producidos

en el canal.

Las estructuras hidráulicas a construir serán:

Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre.

Canaleta Parshall.

Sifón Normal.

Contracción Hidráulica.

Posteriormente se realizarán pruebas para comprobar los fenómenos hidráulicos y

finalmente se realizará una guía práctica para cada una de las estructuras hidráulicas.

DESCRIPTORES: CANAL HIDRODINÁMICO / PERFIL CREAGER /

CANALETA PARSHALL / SIFÓN NORMAL / CONTRACCIÓN HIDRÁULICA.

xxxi

ABSTRACT

DESIGN, CONSTRUCTION AND EXPERIMENTATION OF A BIG

HYDRODYNAMIC CHANNEL AND HYDRAULIC STRUCTURES FOR

TESTING STUDENT USE.

Faced with the need for a large hydrodynamic channel and hydraulic test structures

with larger dimensions relative to the channel that is in the Laboratory of Hydraulic

Research of UCE, Faculty of Engineering, Physical Sciences and Mathematics (cross

section 0.10 m x 0.30 m and length 3.00 m), the idea of raising this graduation

project, considering it will be a great contribution to the Faculty.

The hydrodynamic channel will have a length of 11.55 meters and 0.375 m x 0.40 m

cross section, which is sufficient to visualize the flows produced in the channel.

The hydraulic structures to build are:

Creager Profile with Free Ski type Jump.

Parshall Gutter.

Normal Siphon.

Hydraulic Contraction.

Later tests will be performed to check the hydraulic phenomena and finally make a

practical guide for each of the hydraulic structures.

WORDS: HYDRODYNAMIC CANAL / CREAGER PROFILE /

PARSHALL GUTTER / NORMAL SIPHON / HYDRAULIC CONTRACTION.

xxxii

CERTIFICADO DE TRADUCCIÓN

xxxiii

Gran Canal Hidrodinámico y Estructuras Hidráulicas para uso Estudiantil.

1



DE USO ESTUDIANTIL.

CAPÍTULO 1: GENERALIDADES

1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

En el Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas (L. I. H.) de la Facultad de

Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad Central del Ecuador, es

necesario visualizar de forma clara los fenómenos hidráulicos que se presentan en un

canal abierto, para esto se requiere de un canal hidrodinámico, con estructuras

hidráulicas de prueba, para las prácticas estudiantiles.

1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN DEL

PROYECTO

Fotografía N° 1.1. Canal hidrodinámico existente en el L. I. H.


2

El Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería, Ciencias

Físicas y Matemática, cuenta con un canal hidrodinámico de sección transversal 0,10

m x 0,30 m y longitud 3,00 m para caudales de hasta 10 l/s, este canal dificulta la

visualización de los fenómenos hidráulicos que se presentan en él.

Frente a esta necesidad, el director del laboratorio nos propone construir un canal de

mayores dimensiones, aprovechando la existencia de una estructura metálica, y es así

que se logra construir un canal de 0,40m de alto, 0,375m de ancho y 11,5m de largo

para caudales de hasta 30 l/s. En este canal se estudian cuatro estructuras hidráulicas

que son: Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre, Canaleta Parshall, Sifón Normal y

Contracción Hidráulica.

Por lo expuesto el proyecto de graduación enfoca en el diseño, construcción y

experimentación de un nuevo canal hidrodinámico y las estructuras hidráulicas de

prueba, facilitando a los docentes y estudiantes de la Facultad, para que puedan tener

una mejor integración entre la teoría con la experimentación de los flujos en el canal

y sus estructuras. A su vez posteriormente se podrán realizar nuevas investigaciones

en el canal hidrodinámico, por lo que el proyecto tiene mucha importancia.

1.3. INTERROGANTES DE LA INVESTIGACIÓN

¿Cuáles son los parámetros de diseño para la construcción del gran canal

hidrodinámico y estructuras hidráulicas de prueba de uso estudiantil?

¿Cómo será el comportamiento de los flujos de agua con cada una de las

estructuras hidráulicas de prueba en el canal?

1.4. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar el diseño, construcción y experimentación de un gran canal

hidrodinámico y las estructuras hidráulicas de prueba: Perfil Creager con

Salto tipo Esquí Libre, Canaleta Parshall, Sifón Normal y Contracción

Hidráulica, para uso estudiantil en el Laboratorio de Investigaciones

Hidráulicas de la Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática.


3

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Aplicar los fundamentos teóricos en diseño de un canal hidrodinámico y de

cuatro estructuras hidráulicas.

Construir el canal hidrodinámico de de 0,40m de alto, 0,375m de ancho y

11,5m de largo.

Fabricar las estructuras hidráulicas: Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre,

Canaleta Parshall, Sifón Normal y Contracción Hidráulica.

Evaluar el funcionamiento hidráulico producido por las estructuras

hidráulicas de prueba en el canal.

Realizar una guía de práctica estudiantil para cada una de las estructuras

hidráulicas a realizar.

1.5. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

MÉTODO ANALÍTICO SINTÉTICO

El presente proyecto de grado “Diseño, Construcción y Experimentación de

un gran canal hidrodinámico y estructuras hidráulicas para pruebas de uso

estudiantil”, contempla como primera parte la recopilación de los

fundamentos teóricos para posteriormente realizar los respectivos cálculos y

diseños tanto del canal hidrodinámico como de las estructuras hidráulicas de

prueba.

MÉTODO DE INVESTIGACIÓN DESCRIPTIVA

Posterior a los cálculos y diseños del canal hidrodinámico y modelos

hidráulicos de prueba, se realizará la construcción y experimentación de los

mismos.

Se realizará las respectivas guías de prácticas para las estructuras a estudiarse

en este proyecto de graduación.


4

1.6. BENEFICIARIOS

El Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas contará con un canal hidrodinámico de

medianas dimensiones y estructuras hidráulicas de prueba para beneficio de la

Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemáticas y sus alumnos.

1.7. FACTIBILIDAD

El presente proyecto de graduación es factible a realizar debido a que se cuenta con:

Asesoramiento técnico (Docentes de la Facultad).

Conocimientos adquiridos.

Fuentes bibliográficas (Libros, internet, etc.).

Metodologías y modelos que permitirán el desarrollo y alcance del proyecto.

Recursos económicos para el desarrollo del proyecto. (Financiado por los

tesistas).

Espacio físico (Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la Facultad).

Sistema de bombeo (Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la Facultad).

Tanques de ingreso y descarga (Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la

Facultad).

Canal de recirculación (Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas de la

Facultad).


5

CAPÍTULO 2: FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1. CANAL HIDRODINÁMICO

2.1.1. DEFINICIÓN

Un canal de ensayos hidrodinámicos es aquel destinado a que en él se pruebe el

comportamiento hidráulico de un líquido, generalmente el agua, al avanzar sobre un

cuerpo físico.

2.1.2. PARTES DE UN CANAL HIDRODINÁMICO

Un canal hidrodinámico consiste en una "pequeña piscina" de proporciones

rectangulares en planta y lateral.

Figura N° 2.1. Canal hidrodinámico.

Fuente: http://www.uco.es/dptos/quimicafisica/termodinamica/laboratorio%20

docente/equipos/canal%20hidrodinamico/canal%20hidrodinamico.htm

El tanque de ingreso ①, se encuentra a la entrada del canal hidrodinámico.

http://www.uco.es/dptos/quimicafisica/termodinamica/laboratorio%20docente/equ


6

Las paredes y base del canal son de acrílico ②.

Las estructuras hidráulicas de prueba ③ que se quieren estudiar se acoplan en el

cauce o base del canal.

El limnímetro ④ se coloca sobre unas guías metálicas ubicadas en la parte superior

del canal, para medir los calados del agua, el mismo que se desplaza

longitudinalmente sobre esas guías.

La estructura de soporte del canal ⑤, construida con perfiles metálicos.

El tanque de descarga ⑥ ubicado a la salida del canal hidrodinámico.

Sistema de bombeo para el canal ⑦ y un sistema de recirculación del caudal para

el funcionamiento.

2.1.3. CAUDAL DE DISEÑO

Para realizar el pre diseño del canal hidrodinámico, se partió del caudal con el que va

a trabajar el canal.

Se propuso primeramente comenzar con un caudal de 20 l/s, considerando que este

caudal es mayor al caudal que maneja el canal existente (10 l/s), pero considerando

las facilidades existentes tanto del sistema de bombeo como del tanque de ingreso de

dimensiones apropiadas (Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas), se decidió

diseñar el canal hidrodinámico para un caudal máximo de 30 l/s.

2.1.4. MATERIALES USADOS

En un canal hidrodinámico se modela el comportamiento de los flujos del agua para

diferentes estructuras hidráulicas.

Analizando costos vs calidad del material, se decidió realizar las paredes y base del

canal de acrílico.

La estructura sobre la cual se asienta el canal hidrodinámico está construida con

perfiles metálicos.


7

Fotografía N° 2.1. Estructura de soporte del canal hidrodinámico.

2.1.5. DIMENSIONAMIENTO DEL CANAL

El acrílico viene en planchas de 2,4 m x 1,2 m, por lo que se decidió optimizar el

material y realizar cortes de 0,4 m obteniendo 3 pedazos de 2,4 x 0,4 m lo que

significa que la altura del canal sería de 0,4 m y el ancho interno (b) se decidió que

sería de 0,375 m.

Figura N° 2.2. Dimensionamiento del canal hidrodinámico.

Elaborado por: Castro, J. C. - Córdova, T.

0.375 m


8

2.1.6. CARACTERÍSTICAS DE UN CANAL ABIERTO

Un canal hidrodinámico es una conducción abierta a la atmósfera en el que el líquido

fluye sometido a la presión atmosférica y movido por la pendiente del propio canal y

otros factores.

Un canal abierto está definido por una serie de características, las mismas que se

citan a continuación:

Calado (y): Es la altura de la lámina de agua en una sección transversal. Hay que

medirlo en forma vertical respecto a al fondo del canal.

Área hidráulica (A): Es la superficie de la sección transversal que ocupa el líquido.

Perímetro mojado (P): Es la longitud de la pared del canal que está en contacto con

el agua.

Para un canal rectangular: P= 2y + b, siendo b el ancho interno del canal.

Radio hidráulico (R): Es la relación existente entre el área mojada y el perímetro

mojado del canal.

Pendiente del canal (J): Se define como la altura que desciende el canal por metro

lineal, se expresa en %.

Coeficiente de rugosidad (n): Es el coeficiente de rugosidad de Manning que

depende del material con el que se halla construido el canal.

2.1.7. CALADO NORMAL (yn)

Calado del agua ante régimen uniforme, en el que la profundidad, velocidad (v) y

caudal no cambian en el espacio para un mismo momento.

Para el cálculo del calado normal se necesita el caudal (Q), el coeficiente de

rugosidad (n) y la pendiente (J).

La fórmula utilizada para el cálculo del calado normal es la ecuación de Manning,

que en el Sistema Internacional de Unidades es:


9

(2-1)

Sabiendo que Q= A * V, entonces: Q= A*

(2-2)

Datos:

Q=

0,030 m3/s (Caudal máximo para este prototipo).

Caudal máximo para este prototipo.

n= 0,009 (Para acrílico)

J= 0,001

Fórmulas:

A= b * yn

(Canal rectangular)

P= b + (2yn) (Canal rectangular)

R= A / P

R= ( b*yn ) / [ b + (2yn) ]

Figura N° 2.3. Sección transversal del canal y su yn.


Para calcular yn se reemplaza los datos en la fórmula 2-2, y por facilidad

de nomenclatura yn = h, se tiene:

0,030 m3/s = 3,514

3

2

3

5

3

5

)2(

**

hb

hb


10

Si b= 0,375m:

0,009 =

0,044 =

22,941 =

109,880 = 0,38 + 2h

109,880 - 2h = 0,375

Por iteraciones utilizando el Método de Bisección: h= yn= 0,127 m

2.1.8. CALADO CRÍTICO (yc)

Profundidad del agua correspondiente a régimen crítico en la que la energía

específica es mínima para un caudal dado.

Figura N° 2.4. Esquema de la curva de la Energía Específica.


3

2

3

5

)238,0( h

h

3

2

)238,0( h3

5

h

2

5

h

2

5

h

3

2

3

5

)238,0(

*1994,0

h

h

0,195 m

0,375+

0,375+

(0,375+

0,375

b


11

A partir del caudal máximo (Q)= 30 l/s= 0,03 m3/s, se procedió a calcular el calado

crítico, teniendo como base o ancho de solera (b)= 0.375 m, utilizando la siguiente

ecuación:

(Q2)/g= (A

3)/b (2-3)

De la fórmula anterior, se despeja el área hidráulica A y posteriormente se calcula yc,

sabiendo que A= b*yc (Canal rectangular).

Los resultados se presentan en la siguiente tabla:

Q (m3/s) b (m) A (m

2) g (m/s

2) yc (m)

0,03 0,375 0,033 9,81 0,087

Tabla 2.1. Cálculo del calado crítico.


2.1.9. RÉGIMEN DEL FLUJO

Se define por el Número de Froude F a un número adimensional que nos indica el

régimen en el que se encuentra un fluido en el interior de un canal, es la relación de

las fuerzas de inercia entre las fuerzas gravitacionales. Dicho número se puede

calcular como:

√ (2-4)

Según el número de Froude tendremos uno u otro flujo, así como se ve en la

siguiente tabla:

Tabla 2.2. Tipo de régimen de un fluido.

Fuente: CHOW, V. “Hidráulica de canales abiertos”.

Dado que el calado normal (yn o y) es mayor que el calado critico (yc), en el canal se

tiene un régimen subcrítico.


12

2.2. PERFIL CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE

2.2.1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Figura N° 2.5. Perfil Creager con salto tipo esquí libre.


Un perfil Creager es una estructura de control, la misma que sirve para retener un

determinado volumen de agua, y que se usa para evacuar caudales de creciente, pues

la forma especial de su cresta permite la máxima descarga al compararlo con otra

forma de vertedores para igual altura de carga de agua.

Las características de esta estructura son la máxima descarga de agua y que las

presiones del agua sobre la estructura son nulas, este factor es muy importante para la

durabilidad de la obra.

Adicionalmente este prototipo cuenta con un canal de descarga y una estructura

disipadora a base de un deflector con salto tipo esquí libre.

A continuación se explicará claramente el diseño del mismo.


13

2.2.2. TIPO DE MATERIALES

El perfil Creager con salto tipo esquí libre se construirá con dos materiales: acrílico y

madera.

Las paredes del cuerpo serán de acrílico, mientras que el cuerpo en sí es de madera y

su coeficiente de rugosidad n= 0,011 para madera bien tratada.

2.2.3. FÓRMULAS Y CÁLCULOS

Cálculo del Vertedero Creager

La ecuación básica para el caudal de un vertedero Creager es:

Q= C. L. Ho 3/2

(2-5)

Donde:

Q= Caudal de diseño adoptado para este prototipo (m3/s)= 0,015 m

3/s. Para el diseño

de un vertedero tipo Creager se deberá tomar en cuenta la crecida máxima.

C= Coeficiente de descarga, depende del tipo de vertedero, influye en numerosos

factores como: la profundidad de llegada, la relación de la forma real de la cresta a la

de la lámina ideal, pendiente del paramento aguas arriba, interferencia de lavadero de

aguas abajo y el tirante de la corriente aguas abajo. Oscila generalmente entre 2 y 2,4

para el Sistema Internacional. C adoptado para el prototipo= 2,4

L= Longitud efectiva de la cresta (m)= 0,305 m (Ver Figura 2.5.).

Ho= Carga total de energía (m)= ho + ha (Ver Figura 2.6.).

ho= Altura de agua (m)= Ho – ha (Ver Figura 2.6.).

P= Altura del paramento aguas arriba (Ver Figura 2.6.).

ha ó

= Carga de velocidad entrante (m), su valor es pequeño si el P es alto.


14

El efecto de la velocidad de aproximación Va se podrá observar en el funcionamiento

del Perfil Creager.

Figura N° 2.6. Nomenclatura básica en un Vertedero Creager con salto tipo esquí

libre.


Despejando en la ecuación 2-5, el valor de Ho, se tiene:

Ho= 0,075m

El paramento aguas arriba del Vertedero es P= 0,30 m, este valor permite dos cosas:

1) Tener una mínima velocidad de aproximación Va, por ende una carga de

velocidad entrante ha ó

2) Permite dejar pasar el caudal máximo sobre la cresta del vertedero sin que se

desborde el flujo por los costados del canal.

Procedemos así calcular el valor de la velocidad de aproximación Va

X

Y


15

Va= (Q / L) / (p + Ho) (2-6)

Va= 0,13 m/s

El número de Froude es:

√

Froude aguas arriba es: 0,15 (Flujo subcrítico).

A partir de la velocidad de aproximación Va, se calcula la carga de velocidad

entrante ha.

ha= Va2 / (2g) (2-7)

ha= (0,017m2/s

2) / (19,62m/s

2)

ha= 0,001 m

ho= Ho – ha= 0,075 m – 0,001 m

ho= 0,074 m

Cálculo del perfil del vertedero aguas arriba

Para el diseño, el paramento aguas arriba es vertical (Ver Figura 2.6.).

Xc1= 0,282 Ho

Xc1= 0,021 m

R1= 0,5 Ho

R1= 0,038 m

Xc2= 0,175 Ho

Xc2= 0,013 m

R2= 0,2 Ho

R2= 0,015 m


16

Para obtener las coordenadas del cimacio (X, Y) hacia abajo del eje de la cresta

vertedora, hasta el punto de tangencia o P. T., utilizamos la fórmula de Scimemi:

(2-8)

Reemplazando el valor de Ho, se tiene:

Y= -4,5 (X1, 85

)

X Y

(m) (m)

0 0,000

0,010 -0,001

0,020 -0,003

0,030 -0,007

0,040 -0,012

0,050 -0,018

0,060 -0,025

0,070 -0,033

0,080 -0,042

0,090 -0,052

0,100 -0,064

0,110 -0,076

0,120 -0,089

0,130 -0,103

0,140 -0,119

0,150 -0,135

0,160 -0,152 (Punto de Tangencia)

0,170 -0,170

0,180 -0,189

0,190 -0,209

Tabla 2.3. Coordenadas del Cimacio.


85,0

85,1

5,0Ho

XY


17

Gráfico 2.1. Coordenadas del Cimacio.


Cálculo del radio de curvatura Rc aguas abajo del punto de tangencia P.T.

Hay varias maneras de calcular el radio que define el perfil del Creager, una de ellas

es derivando la ecuación de Scimemi, obtendremos así la pendiente de la recta que

define la tangencia en P. T.

Y= 4,503 (X1, 85

)

dy/dx= 8,331 X0, 85

dy/dx= tan α

tan α= 8,331 X0, 85

Para X= 0,16 m (Punto de Tangencia)

tan α= 1,755

α= 1,053 rad

α= 60,320 °

Mediante geometría:

sen α= 0,16/Rc

Rc= 0,16/sen α

P. T.


18

Rc= 0,184 m

Para calcular la velocidad aguas abajo V1 de la salida del perfil Creager utilizamos la

figura N° 2.5., la misma que debe ser usada en unidades correspondientes.

Altura Ho= H= 0,075m= 0,246 pies

Caída Z= P+ Ho= 0,300 + 0,075= 0,375m= 1,230 pies

Figura N° 2.7. Ábaco para calcular la velocidad V1.

Fuente: CHOW, V. “Hidráulica de canales abiertos”.

Rc


19

Del ábaco se obtiene una velocidad aproximada de 7 pies/s = 2,13 m/s

V1= 2,13 m/s

Con la ecuación de la pendiente crítica Sc, procedemos a calcular la altura aguas

abajo Y1, despejando primeramente el radio hidráulico R.

Sc= { (V*n) / [ R 2/3

] }^2 (2-9)

Donde:

V= Velocidad aguas abajo de la salida del perfil Creager= 2,13 m/s

n= Coeficiente de rugosidad= 0,011 para madera.

Sc= Pendiente crítica (m/m)= 0,14

Del gráfico del Perfil Creager determinamos que la pendiente crítica del modelo

aguas abajo es 0,14; debido a que existe una relación de 7 a 50 (Ver Figura 2.8.)

Figura N° 2.8. Pendiente aguas abajo del Perfil Creager.


Despejando R de la ecuación 2-9, se tiene:

R= (0,023 / 0,374) ^ (3 / 2) = 0,016 m, por lo tanto:


20

Figura N° 2.9. Sección del Perfil Creager aguas abajo.


Si:

Área hidráulica A= b x y1= 0,305m x y1

Perímetro mojado P= b + (2 y1)= 0,305 + 2y1

Radio hidráulico R= A/P = 0,016 m

Se plantea lo siguiente:

Despejando el calado aguas abajo Y1 tenemos:

Y1= dc= 0,019 m

El número de Froude correspondiente es:

√

Froude aguas abajo es: 4,93 (Flujo supercrítico).

Y1

0,305

0,015


21

Canal de descarga o salida desde el fin vertedero Creager hacia el salto esquí

El canal de descarga inicia donde termina el perfil del cimacio, trabaja con régimen

supercrítico. Para su diseño se le proporciona una pendiente crítica, esto con la

finalidad de evacuar los volúmenes de agua que se puedan presentar y de esta manera

poder realizar el salto esquí.

Pendiente crítica del modelo= Sc= 0,14

Disipador de energía tipo salto esquí libre

Se ha convenido en emplear un deflector del tipo de salto de esquí libre como

estructura disipadora de energía. (Ver Figura 2.10.)

Esta estructura se diseña generalmente para flujos con número de Froude altos (F>4).

Este tipo de disipador se diseña en forma de una cubeta, la cual lanza el chorro

completo del flujo al aire. Parte de la energía del chorro se disipa en el aire, y la

restante se disipa al caer en un cuenco amortiguador con colchón de agua en el cauce

del río.

No existe un método bien definido para diseñar la geometría del salto esquí, para la

determinación del radio de la cubeta deflectora y del ángulo de salida que se le debe

dar al chorro.

En el Laboratorio de Hidráulica de la S. A. R. H. (Secretaría de Agricultura y

Recursos Hídricos, México), a través de observaciones realizadas en modelos

hidráulicos y prototipos han desarrollaron algunas expresiones, las cuales han sido

aplicadas en obras hidráulicas que se construyeron y los resultados fueron

satisfactorios.

Las dimensiones mínimas recomendadas para los saltos de esquí, las da el libro S. A.

R. H. “Presas Derivadoras” y son las siguientes:

R= 12,5 d hasta 13,0 dc (2-10)

ϴ= 30° a 45° (2-11)


22

Donde:

R= Radio de la cubeta deflectora.

ϴ= Ángulo de salida del chorro.

dc= Tirante de agua antes del deflector

dc= 0,019 m (Valor calculado anteriormente).

Sc= 0,14

Para este prototipo se adopta:

R= 12,5 dc= 0,24 m

ϴ= 30° = 0,524 rad

Figura N° 2.10. Salto tipo esquí libre.


A continuación calculamos la geometría del salto esquí (Ver figura N° 2.10.)

α= atan (Sc) = atan (0,14) = 7,97°

AC= R sen α = 0,033 m


23

BD= R sen ϴ = 0,120 m

CO= R cos α = 0,238 m

DF= 0,040 m (Valor propuesto de DF, en función de las dimensiones anteriores).

Cálculo de la distancia de lanzamiento de la caída del manto

Figura N° 2.11. Distancia de lanzamiento de la caída del manto.


Según el libro "Presas Derivadoras" de la S. A. R. H., página 189, el alcance "X"

puede calcularse aproximadamente con la fórmula que da la distancia de caída de un

móvil lanzado con velocidad inicial y con cierto ángulo de tiro. Esta fórmula es:

(2-12)

Donde:

Y= Altura alcanzada

Chorro o manto

ALCANCE

Y


24

ϴ= Ángulo de salida del chorro, respecto a la horizontal= 30° (Para este prototipo).

k= Coeficiente cuyo valor es de 1,0 para el chorro teórico; 0,9 considerando pérdidas

de energía en el lanzamiento.

dc= altura de agua antes del salto esquí= 0,019 m.

El alcance horizontal del chorro al nivel de la salida, se encuentra para y= 0

Por lo tanto, la expresión anterior queda:

X= 2K * (dc + hv) * sen 2ϴ (2-13)

Para este caso:

K= 0,9 (Considerando pérdidas de energía en el lanzamiento)

Donde el valor hv se calcula:

hv= 12 dc (Según recomendaciones de la S.A.R.H.)

hv= 0,228 m

Finalmente:

El alcance X= 0,385 m (Para el caudal de diseño 0,015 m3/s).

Se adopta X= 0,400 m por seguridad.

Para caudales menores el alcance será menor, por lo que el valor de 0,400 m es

apropiado.

Este valor X es importante para el diseño de la fosa de agua en la que cae el flujo de

agua después del Salto Esquí.


25

2.3. CANALETA PARSHALL


Figura N° 2.12. Perfil aguas arriba.


CONCEPTO

Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense Ralph

Parshall que lo concibió, se describe técnicamente como un aparato calibrado

para medir el agua en los canales abiertos y antes de la turbulencia que se

genera, servir de punto de aplicación de coagulantes, en el caso de ser

diseñado como mezclador.

Es de forma abierta, tiene una sección convergente, una garganta, y una

sección divergente.

VENTAJAS

Este tipo de aforador ofrece varias ventajas tales como:

Pérdida de carga menores.


26

No influye la velocidad con que el agua se aproxima la estructura.

Tiene la capacidad de medir tanto con flujo libre como moderadamente

sumergido.

El agua tiene velocidad suficiente para limpiar los sedimentos.

Opera en un rango amplio de flujos, desde caudales pequeños a muy grandes.


El modelo es fabricado de acrílico y madera.


Dimensiones del aforador

Datos:

Q diseño= 20 l/s= 0.02 m3/s (Caudal para este prototipo)

Hay muchas maneras para diseñar una canaleta Parshall.

Este tipo de aforador se clasifica en forma general según el ancho de la garganta,

como sigue en la Tabla 2.4.

Ancho W Ancho W Caudal mínimo Q Caudal máximo

(pulgada) (mm) (l/s) Q (l/s)

1 25.40 0.28 5.67

2 50.80 0.57 14.15

3 76.20 0.85 28.31

Tabla 2.4. Clasificación de los aforadores Parshall.

Fuente: ARBOLEDA, J. “Teoría y práctica de la purificación del agua”.

Adoptamos un ancho de la garganta de 3 pulgadas debido a las dimensiones del canal

y para un caudal de diseño Qd= 20 l/s.


27

Sin embargo la Canaleta Parshall a diseñar servirá para caudales desde 0,85 l/s hasta

28,31 l/s.

Las dimensiones de los aforadores Parshall se determinan según el ancho de la

garganta, W. La tabla 2.5 da las dimensiones que corresponden a la figura 2.13.

Tabla 2.5. Dimensiones de un aforador Parshall.

Fuente: AZEVEDO, N. “Manual de hidráulica”.

Figura N° 2.13. Planta y elevación de un aforador Parshall.

Fuente: AZEVEDO, N. “Manual de hidráulica”.

Ha Hb


28

Donde:

A= Longitud de las paredes en la sección convergente.

B= Longitud horizontal de la sección convergente.

C= Ancho a la salida.

D= Ancho de entrada en la sección convergente.

E= Altura de seguridad.

F= Longitud de la garganta.

G= Longitud de la sección divergente.

K= Altura de la pared en la sección divergente.

N= Diferencia de elevación entre salida y cresta.

Condiciones hidráulicas de entrada

La fórmula para el caudal bajo condiciones de flujo libre (no sumergido) es de la

forma:

Q = k * (Han) (2-14)

Donde:

Q = Caudal en m3 /s.

Ha = Carga medida a 2/3 de A, aguas arriba de la garganta en m.

n = Exponente que varía de 1.52 a 1.60

k = Factor que depende del ancho de la garganta.

A continuación se dan los valores de K y n para diferentes anchos de gargantas.


29

Ancho de la garganta, W k n

3” 0.176 1.547

6” 0.381 1.580

Tabla 2.6. K y n según ancho de garganta.


Despejando de la fórmula 2-14, encontramos Ha.

Ha= (0,02 m3/s / 0,176)

1 / 1,547

Ha= 0,245 m

Para que la canaleta no trabaje ahogada, la relación Hb/Ha no debe exceder la

siguiente tabla:

Ancho de

garganta

Máxima

sumergencia

(Hb/Ha)

3” a 9” 0,60

Tabla 2.7. Máxima sumergencia (Hb/Ha).


nkQHa

1

)/(


30

Figura N° 2.14. Canaleta Parshall W= 3” en planta.


Cálculo del ancho Wa en la sección de medida ①.

Wa= [2/3 (D-W)] + W

D= 0,259 m para W= 3"= 0,076 m (Tabla 2.5.).

Wa= 0,198 m

Cálculo de la velocidad en la sección de medida ①.

Va= Q / (Wa * Ha)

Va= 0,02 m3/s / (0,198 m * 0,245 m)

Va= 0,41 m/s


31

Cálculo de la energía total disponible, sección ①.

E1= (Va² / 2g) + Ha + N (2-15)

Figura N° 2.15. Calados Ha, Hb y H2.


Para W= 3" se tiene un N= 0,057 m

E1= (0,41² / 2g) + 0,245 + 0,057

E1= 0,311 m

Cálculo de la velocidad antes del resalto, sección ②

La velocidad en ese punto V2:

V2= Q / (W * H2)

V2= 0,02 / (0,076 * H2)


32

Aplicando Bernoulli:

E2= (V2² / 2g) + H2

Si E1= 0,311 m

Igualamos, E2 = E1 (Despreciando pérdidas por fricción entre 1 y 2)

Resolviendo, H2= 0,189 m

Si: V2= 0,02 / (0,076*H2), la velocidad será:

V2= 1,392 m/s

Determinación de la lámina de agua en el resalto Hb

Hb= H2 - N

Hb= 0,132 m

Chequeo grado de sumergencia S (Para verificar condiciones de aforador)

S= Hb/Ha

S= 0,54 < 0,60

El criterio principal para el diseño de la canaleta Parshall radica en que se cumpla los

parámetros de sumergencia (Hb/Ha), en este caso la canaleta trabaja con descarga

libre, por lo tanto sirve como aforador (Ver Tabla 2.7).

0,311

0,311


33

Cálculo número de Froude

Sección ③.

Se aplica la fórmula del resalto hidráulico:

√

(2-16)

√

(2-17)

Figura N° 2.16. Resalto hidráulico.


Reemplazando:

F₂= 1,01 (Resalto estable)

Cálculo de la lámina de agua al final del trecho divergente

H₃=

√ 0,195 m

H3=


34

Cálculo de la lámina de agua al final de la canaleta (Sección ④.)

H4= H3- (K)

Para W= 3" se tiene un valor de K= 0,025 m

H4= 0,195 m – 0,025 m

H4= 0,170 m

Figura N° 2.17. Calados en canaleta Parshall.


Resultados:

Ha (m) Hb (m) H2 (m) H3 (m) H4 (m) L (m)

0.245 0.132 0.189 0.195 0.170 0.036

Tabla 2.8. Perfil de la lámina vertiente de la Canaleta Parshall para el Qd de 20 l/s.



35

2.4. SIFÓN NORMAL


Figura N° 2.18. Sifón Normal.


El Sifón Normal es un conducto cerrado que tiene como función conducir el agua

hasta una altura mayor que la superficie libre del líquido y posteriormente

depositarlo a una altura menor.

Para el funcionamiento del sifón, se sumerge un extremo del tubo en el líquido y

utilizando el otro extremo del tubo eliminamos el aire que se encuentra en el interior

del tubo.


Se ha ideado un Sifón que consta de dos partes.

La estructura de soporte ① es de madera, sobre la cual se asienta el sifón

propiamente dicho.

El sifón normal ② es un tubo de PVC de 3/4” de diámetro. Se colocará agarraderas

metálicas para sujetar el tubo con la base de madera.

A la salida del sifón ③ se colocó un codo a 90° de radio normal.


36


Se ha planteado realizar los cálculos y la experimentación con dos sifones,

cambiando únicamente su altura entre los niveles de agua 1 y 2. (Ver figura N° 2.19.)

Esto se consigue variando la longitud del tubo y a su vez se analizará los resultados

obtenidos en función de caudal Q.

Diseño con tubería N° 1

Asumiendo que el tubo del sifón está completamente lleno de agua, para determinar

el caudal que entra, se debe aplicar la fórmula de Bernoulli entre los puntos 1 y 2

tomando en cuenta las pérdidas de energía.

Figura N° 2.19. Sifón Normal con tubería N° 1.


Fórmula de Bernoulli:

(2-18)

21

2

22

2

2

11

1

22 hf

g

VZ

P

g

VZ

P

Sifón


37

Donde:

Presión en los puntos 1 y 2, respectivamente

Peso específico del agua (1000 kg/m3)

Altura a los niveles del agua, desde el N. R. (m)

Velocidad del agua en el punto 1 y en el punto 2, respectivamente

Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2)

(Simplificamos P1 y P2 en la ecuación de Bernoulli)

2.5. (Embalse)

Tomando como nivel de referencia N. F. en el punto 2, se tiene:

Entonces:

(2-19)

Donde:

Longitud de la tubería (m), ver figura 2.19.

Diámetro de la tubería (m), ver figura 2.19.

P

V

g

aatmosféricPPP 21

01 V

02 Z

HZ 1

21

2

2

2 hf

g

VH

g

VK

g

V

D

Lf

g

VH

22**

2

2

2

2

2

2

2

K

D

Lf

g

VH 1

2

2

2

D

L

Z

21

2

22

2

2

11

1

22 hf

g

VZ

P

g

VZ

P

Patm Patm H 0 0

Pérdidas por Tubería

Pérdidas por Accesorios


38

Altura entre los niveles del agua 1 Y 2 (m), ver figura 2.19.

Coeficiente de fricción

K entrada +K salida

Desarrollo:

Ke= 0,78 (Entrada directa).

Ks= 0,75 Codo a 90° de radio normal (Salida del sifón).

ΣK= 1,53

L= 0,77 m

D= 0,019 m

Para encontrar el coeficiente de fricción f, se utiliza la siguiente fórmula:

(2-20)

ε= 0,0015 para PVC.

√

Entonces:

f= 0,089

Reemplazando en la ecuación 2-19, se tiene:

H= V22 * 0,312

Si H= 0,24 m (Ver Figura 2.19.)

V2= 0,88 m/s a la salida.

H

f

K

)71,3

log(21

Df

K

D

Lf

VH 1

62,19

2

2


39

Diseño con tubería N° 2

Cambiamos la tubería N° 1 por la tubería N° 2, la misma que tiene menor longitud, y

calculamos la velocidad V2 a la salida de la tubería.

Sabemos que a mayor altura H, se tiene mayor velocidad V2.



Desarrollo:

Aplicando los mismos pasos del Diseño con tubería N°1, se realiza:

Ke= 0,78 Para entrada directa.

Ks= 0,75 Codo a 90° de radio normal

ΣK= 1,53

L= 0,73 m, ver Figura 2.20.

D= 0,019 m, ver Figura 2.20.

f= 0,089

Sifón


40

Reemplazando en la Ecuación 2-19, se tiene:

H= V22 * 0,303

Si H= 0,20 m (Ver Figura 2.20.)

V2= 0,81 m/s a la salida.

Comprobación de teoría

La teoría nos dice que a mayor H, mayor velocidad V, por lo tanto mayor Q, ya que

la sección A se mantiene constante.

De los cálculos anteriores se tabulo lo siguiente:

H (m) V (m/s) A (m2) Q (m

3/s) Q (l/s)

Tubería N° 1: 0,24 0,88 0,00029 0,00025 0,25

Tubería N° 2: 0,20 0,81 0,00029 0,00023 0,23

Tabla 2.9. Tabulación de datos de los dos sifones.


Conclusión:

Se comprobó la teoría y esto se aplica en temas referentes a captación del agua.


41

2.5. CONTRACCIÓN HIDRÁULICA HORIZONTAL


Una contracción hidráulica es definida como el cambio de sección en un canal

produciendo a su vez un cambio en el régimen de flujo (profundidad y velocidad).

Hay dos tipos de contracciones hidráulicas, contracciones verticales y contracciones

horizontales al paso del flujo.

Figura N° 2.21. Contracción vertical.


Figura N° 2.22. Contracción hidráulica horizontal.



42


Se diseñó una contracción hidráulica horizontal de acrílico, debido a que es un

material en el que se puede visualizar los fenómenos producidos en una contracción.


Se realizaron los cálculos de una contracción hidráulica con cambio de sección de

ancho mayor a menor.

Cambio de sección de ancho mayor a menor

Figura N° 2.23. Contracción hidráulica horizontal recta con cambio de sección de

ancho mayor a menor.


Cálculo de la energía total del flujo que llega, medido sobre el fondo del canal

(2-21)

g

by

Q

yE2

*

2

11

1


43

Donde:

Energía Total del flujo, medido sobre el fondo del canal (Constante

despreciando las pérdidas por fricción).

Caudal de diseño para el prototipo = 0,02 m3/s

Profundidad aguas arriba de la contracción.

Ancho del canal aguas arriba = 0,375 m

Gravedad = 9,81 m/s2

Figura N° 2.24. Planta y elevación de la Contracción hidráulica horizontal.


El calado aguas arriba de la contracción corresponde al calado crítico Yc.

El cálculo del calado crítico se realiza de la siguiente forma:

(Q

2)/g= (A

3)/b

De la fórmula anterior, se despeja el área hidráulica A y posteriormente se calcula yc,

sabiendo que A= b*yc (Canal rectangular).

Los resultados se presentan en la siguiente tabla:

Q (m3/s) b (m) A (m

2) g (m/s

2) yc (m)

0,02 0,375 0,025 9,81 0,066

Tabla 2.10. Cálculo del calado crítico.


E

g

1y

Q

1b

b1= 0,375 m Q= 0,02 m3/s

y1= 0,066 m

b2= 0,300 m

L= 0,200 m

y2

V2/2g


44

y1= yc= 0.066 m

Reemplazando los datos el valor en la fórmula 2-21, se tiene:

E= 0,129 m

E= 0,099 m

V2/2g= 0,033 m

Cálculo de la profundidad y2

Donde:

Profundidad aguas abajo de la contracción.

Ancho del canal aguas abajo = 0,300 m.

Desarrollo:

Resolviendo la ecuación cúbica anterior tenemos:

Con b2= 0,30 m

y2= 0,052 m

2

23

/81.92

375.0*066.0

/02.0

066.0sm

mm

sm

mE

222

2

2*2 ybg

QyE

2y

2b

2

2

2

2

5

2*

1004,2099.0

yb

xym

2

2

53

2

2

2

1004,2099.0

b

xyy

01004,2

099.02

2

52

2

3

2

b

xyy


45

CAPÍTULO 3: CONSTRUCCIÓN DEL CANAL HIDRODINÁMICO Y

ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS DE PRUEBA.

3.1. GRAN CANAL HIDRODINÁMICO

3.1.1. PLANO DE CONSTRUCCIÓN

El plano del canal hidrodinámico y sus detalles se encuentra en el Capítulo 5,

subdivisión 5.5., Anexo A.

3.1.2. INFRAESTRUCTURAS HIDRÁULICAS AL INGRESO Y SALIDA

DEL CANAL HIDRODINÁMICO

INFRAESTRUCTURA HIDRÁULICA AL INGRESO DEL CANAL

Al ingreso del canal hidrodinámico se debe contar con algunas

infraestructuras como se vio en el capítulo 2, subdivisión 2.1.2., para su

correcto funcionamiento.

Tanque de ingreso: Tiene dos funciones principales, permite el

almacenamiento de agua al ingreso del canal y disipa la energía del agua que

llega del tanque de carga del laboratorio, permitiendo de esta forma el ingreso

del flujo hacia el canal sin turbulencias.

Fotografía N° 3.1. Tanque de ingreso al canal.


46

Fotografía N° 3.2. Disipador de energía en el tanque de ingreso.

Sistema de bombeo: El Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas cuenta

con un sistema de bombeo que permite fácilmente alcanzar el caudal máximo

de diseño para este proyecto que es de 30 l/s.

Fotografía N° 3.3. Sistema de bombeo.

Disipador

Válvula principal de Ingreso al modelo


47

INFRAESTRUCTURA HIDRÁULICA A LA SALIDA DEL CANAL

Al igual que al ingreso del canal hidrodinámico, a la salida se debe contar con

la infraestructura apropiada para el correcto funcionamiento del canal.

Estas son:

Tanque de descarga: Tiene la función principal de disipar la energía del

agua a la salida del canal, para posteriormente llevar el agua mediante tubería

al canal de recirculación del laboratorio

Fotografía N° 3.4. Tanque de descarga.

Canal de recirculación: El L. I. H. cuenta con un canal de recirculación, el

mismo que mediante bombas permite el ingreso del agua en el sistema.


48

3.1.3. MONTAJE DEL MODELO

En la preparación del acrílico se cortó y limó los lados eliminando las

imperfecciones.

Fotografía N° 3.5. Preparación del acrílico.

Posteriormente en el sitio de montaje se derrocó las paredes de una

infraestructura existente que impedía la colocación final del canal

hidrodinámico.

Fotografía N° 3.6. Derrocamiento de paredes que interfieren en la ubicación final.


49

En el laboratorio también se movió infraestructuras con ayuda de alumnos y

usando tecles.

Fotografía N° 3.7. Movimiento de infraestructura.

En la estructura base se procedió a soldar el refuerzo metálico y

posteriormente a pintar.

Fotografía N° 3.8. Colocación de refuerzos de acero y pintado de la estructura

metálica.


50

Posteriormente se colocó adecuadamente la base y las paredes del canal de

acrílico.

Fotografía N° 3.9. Colocación de base y paredes de acrílico.

Se procedió a nivelar el canal y a impermeabilizar el tanque de ingreso.

Fotografía N° 3.10. Impermeabilización del tanque de ingreso.


51

A la salida del tanque de descarga se acopló tubería de P. V. C., la misma que

conduce el agua hacia el canal de recirculación de agua.

Fotografía N° 3.11. Tubería en el tanque de descarga.

Se verificó la existencia de fugas de agua y se procedió a sellarlas con

silicona.

Finalmente se pintó el tanque de ingreso de agua.

Fotografía N° 3.12. Gran Canal Hidrodinámico terminado.


52

3.2. VERTEDERO CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE


El plano de construcción del vertedero Creager con salto tipo esquí libre y sus

detalles se encuentra en el Capítulo 5, subdivisión 5.5., Anexo B.

3.2.2. RESÚMEN FOTOGRÁFICO

A continuación se muestra las fotos de la construcción del vertedero Creager con

salto tipo esquí libre de forma cronológica:

Primeramente se preparó la madera.

Fotografía N° 3.13. Preparación de madera.


53

Luego se dibujó en la madera el vertedero Creager a escala 1:1, para

posteriormente, mediante caladora dar la forma deseada.

Fotografía N° 3.14. Utilización de la caladora en la realización del cimacio.

Fotografía N° 3.15. Perfil Creager aguas abajo con salto tipo esquí libre.


54

Ensamblaje de las piezas con pega especial.

Fotografía N° 3.16. Ensamblaje de piezas.

Fotografía N° 3.17. Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre.


55

Una vez colocado las piezas correctamente y realizado su verificación, se

procedió a pintar el cuerpo con pintura especial y se impermeabilizó el

mismo.

Fotografía N° 3.18. Perfil Creager pintado e impermeabilizado.

Fotografía N° 3.19. Perfil Creager con Salto tipo Esquí Libre.


56

Finalmente se procedió a cortar el acrílico para las paredes del cuerpo y a

colocar el acrílico.

Fotografía N° 3.20. Perforación en el acrílico para colocar los pernos.

Fotografía N° 3.21. Vista final del cuerpo.


57



El plano de construcción de la canaleta Parshall y sus detalles se encuentra en el

Capítulo 5, subdivisión 5.5., Anexo C.


Preparación de la madera.

Fotografía N° 3.22. Preparación de madera.

Fotografía N° 3.23. Definiendo geometría en la madera.


58

Fotografía N° 3.24. Uso de la caladora.

Ensamblaje de piezas.



59

Fotografía N° 3.26. Perforación para colocación de pernos.

Fotografía N° 3.27. Sellado y pulido.


60

Pintado y colocación de acrílico.

Fotografía N° 3.28. Canaleta Parshall pintada e impermeabilizada.

Fotografía N° 3.29. Colocación del acrílico.


61

Fotografía N° 3.30. Canaleta Parshall.


62

3.4. SIFÓN NORMAL


El plano de construcción del Sifón Normal y sus detalles se encuentra en el capítulo

5, subdivisión 5.5., Anexo D.


Preparación de la madera.

Fotografía N° 3.31. Trazado de la geometría.

Fotografía N° 3.32. Calado en madera.


63

Ensamblaje de piezas mediante pega y tornillos.


Acabado y pintado.

Fotografía N° 3.34. Pulido y sellado.


64

Fotografía N° 3.35. Pintado e impermeabilizado.

Fotografía N° 3.36. Colocación del acrílico.


65

3.5. CONTRACCIÓN HIDRÁULICA


El plano de construcción de la Contracción hidráulica y sus detalles se encuentra en

el Capítulo 5, subdivisión 5.5., Anexo E.


Se procedió a cortar el acrílico y se armó el cuerpo.

Fotografía N° 3.37. Cortado del acrílico para la contracción hidráulica.

Fotografía N° 3.38. Pegado del acrílico.


66

CAPÍTULO 4. EXPERIMENTACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

HIDRÁULICAS DE PRUEBA EN EL GRAN CANAL HIDRODINÁMICO

4.1. CALIBRACIÓN DEL GRAN CANAL HIDRODINÁMICO

La calibración del canal consiste principalmente en:

Revisión de fugas y filtraciones en el canal y sus partes: Tanque de ingreso y

descarga.

Curva de descarga del vertedero triangular utilizado en el sistema de aforo.

Medición de la sección del canal.

Fugas y Filtraciones

Se procedió a corregir las fugas existentes y se impermeabilizó el tanque de ingreso

del agua.

A su vez se procedió a verificar si existían fugas de agua en el tanque de salida.

Aforamiento

Para la medición del caudal se ayudará del vertedero triangular construido en el canal

de recirculación de agua.

La ecuación correspondiente al vertedero calibrado es la siguiente:

Q= K H n

→ Q = 0, 010498 H 2, 4597

(4-1)

Donde:

Q= Caudal que pasa por el vertedero (l/s).

H= Altura de agua (cm).


67

Figura N° 4.1. Esquema del vertedero triangular.


Se realizó además el aforamiento utilizando el método volumétrico.

Para facilidad de medir los caudales de diseño adoptados para las diferentes

estructuras de prueba se ha colocado una regleta en el costado del canal con marcas

para 0,015 m3/s y 0,020 m

3/s, que son los caudales utilizados para los prototipos

construidos.

Fotografía N° 4.1. Regleta en el Gran Canal Hidrodinámico.


68

Sección del Canal

Se procedió a medir la sección transversal a lo largo del canal, y se comprobó que las

dimensiones no varían en un porcentaje mayor al 1%, por lo que se consideran como

aceptables.

El ancho promedio del canal es de 0,375 m, valor que se tomó para los cálculos.

Figura N° 4. 2. Ancho promedio del Gran Canal Hidrodinámico construido.


4.2. PERFIL CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE

4.2.1. ENSAYOS EN EL CANAL HIDRODINÁMICO

Verificación de las medidas de la estructura hidráulica de prueba

Previamente a la realización de los ensayos en el canal usando el perfil Creager con

salto tipo esquí libre y se procede con la comprobación de las medidas que se

plantearon en el diseño del mismo.

Se verificó que las medidas son las mismas existiendo errores de ± 1 mm, lo que se

considera como aceptable ya que representa menos del 1% de error.


69

Determinación del coeficiente de descarga

El coeficiente de descarga del perfil Creager C se encuentra despejando de la

fórmula:

Q= C. L. [Ho 3/2

]

Donde:

Q= Caudal de diseño adoptado para este prototipo (m3/s)= 0,015 m

3/s

C= Coeficiente de descarga.

L= Longitud efectiva de la cresta (m)= 0,305 m

Ho= Carga total de energía (m)

La altura Ho obtenida en el laboratorio para un caudal Q= 0,015 m3/s es de 0,078 m,

con lo que el coeficiente de descarga C es de 2,26.

El valor del coeficiente de descarga se obtiene reemplazando los valores de caudal Q,

longitud efectiva de la cresta L y el valor de la carga total de energía Ho obtenida en

el laboratorio en la siguiente ecuación:

C= Q / [L. (Ho 3/2

)]

Cabe decir que el coeficiente de descarga teórico para este prototipo fue de 2.40, por

lo que se puede concluir que:

C real < C adoptado.

Ecuación real del perfil Creager con salto tipo esquí libre

Reemplazando el valor de C real en la ecuación general se tiene:

Q= 2,26 * 0,305 [Ho 3/2

] = 0,689 [Ho 3/2

]


70

Medición Alturas

Se procede a la medición de la altura de aguas arriba Ho y calado aguas abajo dc,

para el caudal de diseño.

Figura N° 4. 3. Altura de agua y distancia X.


Carga sobre el vertedero Ho (m)= 0,075

Calado aguas abajo dc (m)= 0,019

Distancia de lanzamiento X (m)= 0,385

Altura máxima Y (m)= 0,056

Tabla 4.1. Alturas de agua y distancia X teóricas del salto esquí.


Carga sobre el vertedero Ho (m)= 0,078

Calado aguas abajo dc (m)= 0,018

Distancia de lanzamiento X (m)= 0,390

Altura máxima Y (m)= 0,060

Tabla 4.2. Alturas de agua y distancia X obtenidas en el laboratorio del salto esquí.


De los resultados tabulados se puede decir que sus valores obtenidos en laboratorio

son muy similares a los teóricos, por lo que el prototipo se encuentra correctamente

diseñado.

Punto 2

Punto 3

X

Y


71

Medición de velocidades

Se procede a la medición de la velocidad aguas abajo (Punto 2) y la velocidad

después del disipador tipo salto esquí (Punto 3).

Se mide la velocidad en dichos puntos para establecer el porcentaje de disipación de

energía.

Para medir la velocidad se utilizará el tubo Pitot, el cual es un instrumento de

medición que registra directamente la lectura de carga de velocidad hv.

hv= V2/ 2g (4-2)

Donde:

hv= Carga de velocidad (m).

V= Velocidad del flujo (m/s).

g= Aceleración de la gravedad, 9,81 m/s2.

En su extremo inferior, el tubo Pitot cuenta con un pequeño orificio en forma de

gancho, el mismo que se coloca a en sentido del flujo.

Figura N° 4. 4. Tubo Pitot.


Hv

Ó


72

A continuación se muestran los resultados obtenidos en el canal y su estructura en

estudio:

Q= 0,015 m3/s Punto 2 Punto 3

hv= V2/ 2g (m) 0,26 0,16

V laboratorio (m/s) 2,26 1,77

Tabla 4.3. Velocidades en los puntos 2 y 3.


Porcentaje de disipación de energía por el salto esquí

Con la velocidad se puede calcular el número de Froude y se podrá hacer una

comparación antes y después del salto tipo Esquí Libre.

Sabiendo que el número de Froude es:

√

Y el porcentaje de disipación es:

% disipación energía= 100 – ((F3 * 100) / F2) (4-3)

Punto 2 Punto 3

Velocidad de

laboratorio V (m/s) 2,26 1,77

Calado de agua Y

(m) 0,018 0,020

Número de Froude 5,38 4,00

% de disipación 25,7 %

Tabla 4.4. Números de Froude y porcentaje de disipación.


En la tabla 4.4. de acuerdo al número de Froude se determina en este prototipo un

25,7% de energía perdida después del salto tipo Esquí Libre.


73

Como era de esperarse parte de la energía se disipó con el lanzamiento del chorro al

aire. Para complementar la disipación de energía se debe implementar el cuenco

amortiguador aguas abajo.

4.2.2. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

Se puede concluir que:

Con un ángulo de 30° de la cubeta deflectora del salto tipo esquí libre se produjo

una reducción en el número de Froude de 26%.

Se evidencia la falta de un cuenco amortiguador, el mismo que reduciría la

energía remanente.

Gráfico N° 4. 1. Energía perdida.


4.2.3. GUÍA DE PRÁCTICA

La guía de práctica del vertedero Creager con salto tipo esquí libre se encuentra en el

Capítulo 5, subdivisión 5.5., Anexo F.

Energía después del salto esquí libre

Energía remanente= 74,37%

Energía disipada= 25,63%


74




Previamente a la realización de los ensayos en el canal hidrodinámico usando la

Canaleta Parshall se procede con la comprobación de las medidas que se plantearon

en el diseño de la misma.

Se verificó las medidas de construcción de la Canaleta Parshall y se concluyó que el

mayor error existente es de ± 2 mm, lo que se considera como aceptable ya que

representa menos del 1% de error.

Determinación de Ha, carga de agua medida aguas arriba de la garganta

Con el caudal de diseño 0,02 m3/s para este prototipo, se procedió a medir la altura

Ha.

Ha = Carga medida en la sección ① a 2/3 de A, aguas arriba de la garganta en m.

Figura N° 4. 5. Medidas y nomenclatura del Parshall.



75

El valor de Ha obtenido en el laboratorio fue de 0.244 m, mientras que el valor de Ha

calculado fue de 0,245 m. La diferencia puede ser por pérdidas, pero en tal caso es

mínima la diferencia entre valores, por lo que se valida la Canaleta Parshall.

La ecuación general para una canaleta Parshall es:

Q = k * (Han)

Donde:

Q = caudal en m3 /s.

Ha = Carga medida en la sección ①, aguas arriba de la garganta= 0,246 m

Para una Canaleta Parshall con un ancho de garganta de 3” (Tabla 2.6.) se tiene:

n = 1.547

k = 0,176

Tabulamos los valores de algunas corridas del modelo, el Caudal Q (m3/s) y altura

Ha (m), para caudales desde 0,001 m3 /s a 0,028 m

3 /s.

Q (m3/s) Ha (m)

0,001 0,035

0,002 0,055

0,003 0,072

0,004 0,087

0,005 0,100

0,006 0,113

0,007 0,124

0,008 0,136

0,009 0,146

0,010 0,157

0,011 0,167

0,012 0,176

0,013 0,186

0,014 0,195

Continúa…


76

0,015 0,204

0,016 0,212

0,017 0,221

0,018 0,229

0,019 0,237

0,020 0,245

0,021 0,253

0,022 0,261

0,023 0,268

0,024 0,276

0,025 0,283

0,026 0,290

0,027 0,298

0,028 0,305

Tabla 4.5. Resultado de caudales en función de las alturas.


Gráfico N° 4. 2. Curva de descarga del aforador Parshall.


La ecuación que más se ajusta a los datos es: Q = K H n → Q = 0,175 (Ha)

1,543

(Curva obtenida en Excel), donde K= 0,175 y n= 1,543

Q = K H n → Q = 0,175 (Ha) 1,543

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

ALT

UR

A H

a (m

)

CAUDAL Q (m3/s)

Curva de Descarga del Parshall, Q vs Ha


77

Medición Alturas H2 y H3

Se procede a la medición de las alturas de aguas H2 en la sección ② antes del

resalto hidráulico y H3 en la sección ③ después del resalto hidráulico, con la

finalidad de comprobar lo calculado anteriormente.

Figura N° 4. 6. Calados en la canaleta Parshall.


Altura H2 (m)= 0,189


Tabla 4.6. Alturas de agua y longitud del resalto hidráulico teóricas.




Tabla 4.7. Alturas de agua y longitud del resalto hidráulico obtenidas en el

laboratorio.



78

Comprobación de la relación Ha / Hb para ver si el resalto es ahogado o no

Para que la Canaleta Parshall no trabaje ahogada, la relación Hb/Ha (Ver figura 4.6.)

no debe exceder el valor de 0,60 (Para ancho de garganta de 3”= 0,076 m).

Para ello primero se calcula el valor de Hb que es igual a:

Hb= H2 – N (Ver figura 4.6.).

Siendo N= 0,057 m

Hb= 0,188 – 0,057

Hb= 0,131 m

Ha= 0,244 m

Hb/Ha= 0,54 < 0,60

Por lo tanto la Canaleta Parshall no trabaja ahogada.


De los resultados se puede decir que:

La Canaleta Parshall cumple con las condiciones de similitud geométrica y

comportamiento del flujo planteados en el diseño del prototipo. Por lo que el

análisis y mediciones en la Canaleta Parshall son válidas.

La ecuación obtenida experimentalmente de la Canaleta Parshall

Q=0,175(Ha)1,543

se asemeja mucho a la teórica Q=0,176(Ha)1,547

, validando a la

misma.


La guía de práctica de la Canaleta Parshall se encuentra en el Capítulo 5, subdivisión

5.5., Anexo G.


79

4.4. SIFÓN NORMAL



Previamente a la realización de los ensayos del Sifón Normal se procede con la

comprobación de las medidas que se plantearon en el diseño del mismo.

Se verificó las medidas del sifón normal y se concluyó que el mayor error existente

en las dimensiones del sifón es de ± 1 mm, lo que se considera como aceptable ya

que representa menos del 1% de error.

Verificación de las medidas de los tubos de PVC a utilizarse en el sifón normal

Se procede la verificación de la longitud de las dos tuberías a utilizar, dimensiones

que no varían respecto de las planteadas en el diseño.

A su vez se constató que el diámetro de los tubos es el correspondiente a los diseños

(D= 0,019 m= ¾”).

Colocación de las tuberías en su sitio

Previo a la realización de las prácticas con el sifón normal se verifica que las tuberías

se coloquen adecuadamente, según los diseños establecidos.

Figura N° 4.7. Sifón Normal con tubería N° 1, de longitud = 0, 77 m.


Tubería (Sifón)


80

Figura N° 4.8. Sifón Normal con tubería N° 2 de longitud = 0,73 m.


Medición de Velocidades

Una vez que la tubería está colocada en el sitio, se procede a abrir la válvula

principal de ingreso al modelo (Fotografía 3.3.) hasta que el nivel de agua llegue

hasta el punto 1.

Cuando funciona el sifón se procede a medir en el punto 2 la velocidad del agua.

Para ello utilizamos la ayuda del tubo Pitot, que es un instrumento de medición que

registra directamente la lectura de carga de velocidad hv.

hv= V2/ 2g

Donde:



g= Aceleración de la gravedad (9,81 m/s2).

En su extremo inferior, el tubo Pitot cuenta con un pequeño orificio en forma de

gancho, el mismo que se coloca a en sentido del flujo, (Figura 4.4.).

Tubería (Sifón)


81

Punto 2

hv= V2/ 2g (m) 0,041

V laboratorio (m/s) 0,897

Tabla 4.9. Velocidades con tubería N° 1.


Punto 2

hv= V2/ 2g (m) 0,033

V laboratorio (m/s) 0,805

Tabla 4.10. Velocidades con tubería N° 2.



Analizando los resultados de las Tablas 4,9 y 4,10, se puede concluir:

El prototipo cumple con las condiciones de similitud geométrica y el

comportamiento del flujo planteados en el diseño.

A mayor longitud del sifón en la descarga existe mayor velocidad, por ende

mayor caudal, tal como lo muestra la Tabla 4.11.

L (m) V (m/s) A (m2) Q (m

3/s) Q (l/s)

Tubería N° 1: 0,77 0,893 0,00029 0,00026 0,26

Tubería N° 2: 0,73 0,803 0,00029 0,00023 0,23

Tabla 4.11. Valores experimentales en Sifón.



82


La guía de práctica del Sifón Normal se encuentra en el Capítulo 5, subdivisión 5.5.,

Anexo H.


83

4.5. CONTRACCIÓN HIDRÁULICA O TRANSICIÓN


Medición de las alturas en la Contracción Hidráulica

Una vez que se pasa un caudal, se procede a medir los calados y1 e y2 aguas arriba y

aguas de la contracción respectivamente.

Figura N° 4.9. Contracción hidráulica horizontal con cambio de sección de ancho

mayor a menor.


Cabe señalar que una contracción o transición bien diseñada debe cumplir:

El ángulo máximo recomendado ϴR entre el eje del canal y una línea

conectando los lados del canal entre las secciones de entrada y salida es

12,5°.

Para verificar lo señalado anteriormente utiliza la geometría y se plantea:

ϴ= 10,6° < 12,5° cumpliendo con lo recomendado anteriormente.

L= 0,200 m

b2= 0,300 m b1= 0,375 m

y1

Q= 0,02 m3/s

ϴR

y2


84

Donde:

Caudal de diseño para el prototipo = 0,02 m3/s

Longitud de la contracción = 0,20 m

Profundidad aguas arriba de la contracción.

Ancho del canal aguas arriba = 0,375 m

Aceleración de la gravedad = 9,81 m/s2

Profundidad aguas abajo de la contracción.

Ancho del canal aguas abajo = 0,300 m.

Los valores obtenidos experimentalmente de y1 e y2 se encuentran en la siguiente

Tabla.

Caudal

Q

Ancho

b

Calado

y

Tipo de

curva

(m3/s) (m) (m)

Aguas arriba 0,020 0,375 0,065 M2

Aguas abajo 0,020 0,300 0,056 S2

Tabla 4.12. Alturas experimentales en la Contracción hidráulica.



Experimentalmente se pudo evidenciar lo que es una Contracción Hidráulica,

sabiendo de antemano que es el cambio de sección en un canal y que este cambio de

sección produjo un cambio en la profundidad del agua.

A continuación se presenta una figura donde se muestra los tipos de curvas que se

presentan en un flujo gradualmente variado.

g

1y

Q

1b

2b

2y

L


85

Figura N° 4.10. Curvas de desagüe y remanso en flujo gradualmente variado.



86

En la contracción se observó dos tipos de curvas.

La presencia de las curvas M2 y S2 indican el tipo de flujo que se produce en la

transición hidráulica, ya que la curva M2 pertenece a un flujo subcrítico que es el que

ingresa a la contracción, posteriormente al haber un cambio de sección de mayor a

menor aumenta la velocidad por lo que el flujo pasa a supercrítico, siendo S2 una

curva de flujo supercrítico.

Figura N° 4.11. Planta y elevación de la contracción hidráulica y su flujo.



La guía de práctica de la Contracción Hidráulica se encuentra en el Capítulo 5,

subdivisión 5.5., Anexo I.


87

CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES GENERALES

La investigación permitió equipar al Laboratorio de Investigaciones Hidráulicas

de un Canal Hidrodinámico que consta de las siguientes partes: Tanque de

Ingreso, Canal Hidrodinámico, Tanque de Descarga, existe además un canal de

recirculación y un sistema de bombeo para elevar el agua a un tanque de carga

que alimenta al modelo.

Con este canal se podrán realizar varias prácticas estudiantiles, con caudales

altos, lo que el Laboratorio de Hidráulica no lo tenía.

En el canal construido se puede visualizar los fenómenos hidráulicos que se

presentan en un canal abierto y sus flujos, con las estructuras hidráulicas de

prueba: Vertedero Creager con Salto tipo Esquí Libre, Canaleta Parshall, Sifón

Normal, Contracción Hidráulica, de dimensiones apropiadas para las respectivas

prácticas, cumpliendo así con los objetivos planteados al inicio del proyecto.

Se pudo observar el incremento de la velocidad y de la energía próxima al Perfil

Creager donde el flujo es subcrítico hasta aguas abajo donde alcanza el máximo

valor de velocidad (Flujo supercrítico), la que es disipada parcialmente por el

salto esquí.

El coeficiente de descarga del Perfil Creager obtenido experimentalmente (C

real= 2,26) es menor que el coeficiente de descarga (C teórico =2,40).

La ecuación real del Perfil Creager con salto tipo esquí libre obtenida es:

Q= 0,689 [Ho 3/2

].

Con un ángulo de 30° de la cubeta deflectora del salto tipo esquí libre se produjo

una disipación de energía de 25,63%.


88

En el salto tipo esquí libre, parte de la energía se disipó en el aire, la remanente

debería disiparse con un cuenco amortiguador, ubicado al pie de esta estructura.

Se evidenció que el pequeño tramo de canal antes del Salto esquí no redujo la

energía, por lo que se recomienda no considerarlo para tal fin.

Además el salto esquí produjo una distancia de lanzamiento de 0,38 m. Este valor

es importante para el diseño de la fosa de agua en la que cae el flujo de agua

después del disipador tipo Salto Esquí.

La Canaleta Parshall construida tiene un ancho de garganta de 3 pulgadas (0,076

m), lo que permite aforar caudales desde 0,85 l/s hasta 28,31 l/s, a su vez tiene la

capacidad de medir tanto con flujo libre como moderadamente sumergido.

Se comprobó experimentalmente que la Canaleta Parshall no trabaja ahogada

para el caudal de diseño de 20 l/s, ya que la relación Hb/Ha fue de 0,54 y no

excedió al valor recomendado de 0,60 de acuerdo a las recomendaciones de

normas.

La ecuación de la Canaleta Parshall que más se ajusta a los datos obtenidos

experimentalmente es: Q = 0,175 (Ha) 1,543

, ecuación que se asemeja mucho a la

teórica Q=0,176(Ha) 1,547

, validando a la misma.

En un Sifón, a mayor longitud de tubo de salida existe mayor velocidad, por ende

mayor caudal. Los valores de las velocidades obtenidos experimentalmente se

asemejan a los obtenidos en los cálculos teóricos, por lo que su diseño y

funcionamiento es adecuado.

Se pudo evidenciar que el comportamiento del flujo en la Contracción Hidráulica

fue similar al planteado teóricamente, evidenciando que al haber un cambio de

sección de mayor a menor se cambia el tipo de flujo de subcrítico a supercrítico.


89

5.2. RECOMENDACIONES GENERALES

Fomentar la construcción de nuevos prototipos y modelos hidráulicos para

implementar en este canal. Realizar nuevas investigaciones con estas estructuras.

Se recomienda que se realice la construcción de un vertedero Creager con salto

tipo esquí con un ángulo de inclinación mayor a 30° y sin el canal intermedio y

analizar a detalle el comportamiento del flujo.

Antes de realizar las prácticas, verificar que el canal esté limpio, ya que alguna

basura puede obstaculizar el flujo normal del agua. Además se recomienda

mantener limpias las zonas adyacentes al canal y dar un mantenimiento

periódico al canal y sus partes. En el caso de existir fugas en el canal sellarlas

usando silicón.

Para retirar cualquier residuo de plastilina o cinta bifásica utilizar una espátula.

Colocar los modelos de prueba en su sitio correspondiente después de su uso.


90

5.3. GLOSARIO DE TÉRMINOS

b= Ancho de solera (m).

b1= Ancho del canal aguas arriba (m).

b2= Ancho del canal aguas abajo (m).

C= Coeficiente de descarga.

D= Diámetro de la tubería (m).

dc= Tirante del agua, antes del deflector (m).

E= Energía (m).

F= Número de Froude.

f= Coeficiente de fricción.

Ha= Carga medida aguas arriba de la garganta (m).

Ho= Carga total de energía (m).

ha = Carga de velocidad entrante (m).

hv= Carga de velocidad en el tubo Pitot (m).

J= Pendiente del canal (%).

k = Factor que depende del ancho de la garganta.

n= Coeficiente de rugosidad.

P= Perímetro mojado (m).

p= Altura del paramento de aguas arriba (m).

R = Radio hidráulico (m).

Sc= Pendiente crítica (m/m).

t= Tiempo de prueba (s).


91

V= Velocidad del agua (m/s).

W= Ancho de la garganta de la Canaleta Parshall (m).

X= Alcance horizontal del chorro (m).

y= Calado (m).

yc= Calado crítico (m).

yn= Calado normal (m).

Z= Altura a los niveles del agua, desde el nivel de referencia (m).

ϴ= Ángulo de salida del chorro, con respecto a la horizontal (º).

A= Área hidráulica (m2).

γ= Peso específico del agua (1000 kg/m3).

g= Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).

Q= Caudal (m3/s).


92

5.4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y PÁGINAS WEBS

REFERENCIAS BIBILIOGRÁFICAS

ARBOLEDA, J. (1992). “Teoría y práctica de la purificación del agua”.

Colombia. Primera Edición. Editorial Acodal.

AZEVEDO, N. (1998). “Manual de hidráulica”. Brasil. Sexta Edición.

Editorial Edgard Blucher.

CHOW, V. (1982). “Hidráulica de canales abiertos”. México. Primera

Edición. Editorial Diana.

HENDERSON, F. (1966). “Open channel flow”. U. S. A. Primera Edición.

Editorial Macmillan.

HERRERA, T. (1980). “Obras Hidráulicas”. México. Primera Edición.

Editorial Limusa.

S. A. R. H. (1977). “Presas derivadoras”. México. Primera Edición.

VILLÓN, M. (2003). “Diseño de estructuras hidráulicas”. Costa Rica.

Primera Edición. Editorial Villón.

https://es.scribd.com/doc/228361121/Diseno-de-Estructuras-Hidraulicas-Maximo-Villon-B


93

PÁGINAS WEBS

http://discoverarmfield.com/es

http://www.uco.es/dptos/quimica-fisica/termodinamica/laboratorio%20do

cente/equipos/canal%20hidrodinamico/canal%20hidrodinamico.htm

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/contenido

/cap2/lec2.htm).

http://abapeisa.com/media/canal-parshall.jpg

5.5. ANEXOS

A continuación se presentan los anexos:

http://discoverarmfield.com/es

http://www.uco.es/dptos/quimica-fisica/termodinamica/laboratorio%20do

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/contenido%20/cap2/lec2.htm

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/contenido%20/cap2/lec2.htm

http://abapeisa.com/media/canal-parshall.jpg


92

ANEXO A

Castro, J. C. - Córdova,

T.


T.


93

ANEXO B

Y=-4,503 (X1, 85)


T.


T.


94

ANEXO C


T.


T.


95

ANEXO D


T.


T.


96

ANEXO E


T.


T.


97

ANEXO F

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD CCEENNTTRRAALL DDEELL EECCUUAADDOORR

FFAACCUULLTTAADD DDEE IINNGGEENNIIEERRÍÍAA,, CCIIEENNCCIIAASS FFÍÍSSIICCAASS YY MMAATTEEMMÁÁTTIICCAA

CCAARRRREERRAA DDEE IINNGGEENNIIEERRÍÍAA CCIIVVIILL

LLAABBOORRAATTOORRIIOO DDEE IINNVVEESSTTIIGGAACCIIOONNEESS HHIIDDRRÁÁUULLIICCAASS

GUÍA DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO

1. TEMA: VERTEDERO CREAGER CON SALTO TIPO ESQUÍ LIBRE

2. OBJETIVOS:

2.1. OBJETIVO GENERAL:

Analizar el comportamiento del flujo de agua en el vertedero Creager con salto

tipo esquí libre.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Determinar el coeficiente C del Perfil Creager.

Determinar las velocidades aguas arriba y abajo del perfil Creager, después del

salto tipo Esquí y determinar el número de Froude.

Establecer el porcentaje de disipación de energía de la estructura esquí.

3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

Un vertedero Creager es una estructura de control de caudales de creciente, sirve

además para retener un determinado volumen de agua; la forma especial tipo cimacio


98

permite la máxima descarga al compararlo con otra forma de vertedores para igual

altura de carga de agua.

Las características de esta estructura son la descarga de máximo caudal, las presiones

del agua sobre el perfil son nulas para la carga total de energía de diseño Ho y

menores cargas, este factor es muy importante para la estabilidad hidráulica.

Este prototipo cuenta con un canal de descarga y una estructura disipadora a base de

un deflector con salto tipo esquí libre.

Figura N° 5.1. Longitud efectiva de la cresta del vertedero Creager con salto tipo

esquí libre.


En esta práctica primeramente se medirá la altura Ho en el vertedero Creager, altura

que se mide desde la Cresta del vertedero hasta la superficie del agua antes del

remanso de depresión.

Donde:

P= paramento aguas arriba del vertedero

L= Longitud efectiva de la cresta (Ancho)

Ho= Carga total de energía, medida en laboratorio.


99

dc= Calado aguas abajo del vertedero (Punto 2).

Y3= Calado después del salto esquí (Punto 3).

Figura N° 5.2. Altura Ho en el vertedero Creager.


Figura N° 5. 3. Altura de aguas abajo (dc).


Punto 2

Punto 3


100

Para medir la velocidad se utilizará el tubo Pitot, el cual es un instrumento de

medición que registra directamente la lectura de carga de velocidad hv= v2/2g.

Con la velocidad se calcula el Número de Froude y se calcula el porcentaje de

disipación de energía.

4. EQUIPO, INSTRUMENTAL Y MATERIAL UTILIZADO:

Canal Hidrodinámico.

Vertedero Creager con salto tipo esquí libre.

Limnímetro A= +- 0,001 m

Tubo Pitot.

Vertedero triangular de aforo.

5. METODOLOGÍA:

Para realizar la práctica correspondiente al vertedero Creager con salto tipo esquí

libre, se debe primeramente realizar los siguientes pasos:

I. Verificar que el canal esté completamente limpio.

II. Colocar cinta bifásica en el asiento del Perfil Creager para evitar el

desplazamiento del modelo Creager.

III. Colocar el vertedero Creager en el canal.

IV. Los espacios entre el vertedero Creager con las paredes y base del canal deben

ser llenados con plastilina para evitar fugas de agua.

V. En el frente del Perfil Creager se deben colocar los topes de acrílico diseñados

para la estructura.

VI. Encender los sistemas de bombeo del laboratorio.


101

VII. Abrir la válvula de agua hasta tener el caudal de diseño del prototipo (Verificar

con el vertedero triangular ubicado en el canal de recirculación).

VIII. Observar el fenómeno producido en el Perfil Creager con salto tipo esquí libre.

IX. Medir la altura Ho, antes del remanso de depresión (Punto 1 aguas arriba).

X. Medir la altura dc aguas abajo, y la velocidad (Punto 2 aguas abajo).

XI. Medir la velocidad después del disipador esquí usando el tubo Pitot (Punto 3).

XII. Cerrar la válvula y apagar las bombas de agua.

XIII. Retirar la plastilina colocada y guardarla.

XIV. Levantar con cuidado el vertedero Creager para guardarlo y retirar los topes y la

cinta bifásica con ayuda de una espátula.

XV. Guardar el Perfil Creager en su lugar correspondiente.

6. REGISTRO DE DATOS:

Datos de entrada:

P= paramento aguas arriba del vertedero= 0,30 m


7. ECUACIONES FUNDAMENTALES:

C real

El coeficiente de descarga del Perfil Creager C real se encuentra despejando de la

fórmula:

Q= Creal. L. [Ho 3/2

]

Donde:


102

Q= Caudal de diseño adoptado para este prototipo (m3/s)


Ho= Carga total de energía (m), medida en laboratorio.

Carga de velocidad en tubo Pitot

hv= V2/ 2g

Donde:



g= Aceleración de la gravedad= 9,81 m/s2.

Número de Froude

√

Donde:

Y= Calado de agua en dicho punto (m).

Porcentaje de disipación de energía

% dispación energía= 100 – ((F3 * 100) / F2)

Donde:

F2= Número de Froude en el punto 2.


103

F3= Número de Froude en el punto 3.

8. CUADRO DE DATOS:

Punto 2 (aguas abajo) Punto 3 (después del

sato esquí)

Q Ho Creal

dc

CALADO

hv2

PITOT

V2 F2

Y3

CALADO

hv3

PITOT

V3 F3

%

disipación

energía

(m3/s) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m) (m/s) %

Tabla 5.1. Cuadro de datos del perfil Creager.


9. CUESTIONARIO:

i. ¿Qué es un vertedero Creager?

ii. ¿En qué parámetros influye el coeficiente de descarga C?

iii. ¿Para qué sirve el disipador de energía tipo esquí?

iv. ¿Cuánta energía total se disipó usando el salto tipo esquí libre en relación a los

puntos 2 y 3?

10. ANÁLISIS DE RESULTADOS:

……………………………………………………………………………………

…….………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

…….………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

…….………………………………………………………………………………


104

11. CONCLUSIONES:

……………………………………………………………………………………

…….………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

…….………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………

…….………………………………………………………………………………

12. RECOMENDACIÓNES:

………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………….

13. BIBLIOGRAFÍA DE LA GUÍA DE PRÁCTICA:

CHOW, V. (1982). “Hidráulica de canales abiertos”. México. Primera Edición.

Editorial Diana.



Apuntes de clases de la materia de Diseño Hidráulico.


105

ANEXO G






1. TEMA: CANALETA PARSHALL

2. OBJETIVOS:


Ver el funcionamiento de la Canaleta Parshall en el canal y analizar el

comportamiento del flujo del agua.


Medir en la canaleta Parshall la altura Ha y determinar sus caudales para varios

Ha.

Realizar la curva de descarga Q vs Ha, y establecer la ecuación que más se

ajusta a la curva.


Llamado así por el nombre del ingeniero de regadío estadounidense Ralph Parshall

que lo concibió, se describe técnicamente como un aparato calibrado para medir el


106

agua en los canales abiertos y antes de la turbulencia que se genera, servir de punto

de aplicación de coagulantes, en el caso de ser diseñado como mezclador.

Es de forma abierta, tiene una sección convergente, una garganta, y una sección

divergente, por esto se le conoce también como medidor de flujo crítico.

Este tipo de aforador ofrece varias ventajas tales como:

Pérdida de carga menores.

No influye la velocidad con que el agua se aproxima la estructura.

Tiene la capacidad de medir tanto con flujo libre como moderadamente sumergido.

El agua tiene velocidad suficiente para limpiar los sedimentos.

Opera en un rango amplio de caudales de l/s y de m3/s.

Figura N° 5.4. Canaleta Parshall W= 3” en planta.


Donde:

A= Longitud de las paredes en la sección convergente.

B= Longitud horizontal de la sección convergente.

C= Ancho a la salida.


107

D= Ancho de entrada en la sección convergente.

E= Altura de seguridad.

F= Longitud de la garganta.

G= Longitud de la sección divergente.

K= Altura de la pared en la sección divergente.

N= Diferencia de elevación entre salida y cresta.

W= Ancho de la garganta de la canaleta.

Ha= Carga medida aguas arriba de la garganta, en la sección ① a 2/3 de A (m).

Figura N° 5. 5. Canaleta Parshall W= 3” en perfil.



Canal.

Canaleta Parshall.


108


Regla A= +- 0,001 m

5. METODOLOGÍA:

Para realizar la práctica correspondiente a la Canaleta Parshall, se debe realizar los

siguientes pasos:

I. Verificar que el canal este completamente limpio.

II. Colocar cinta bifásica en el asiento de la Canaleta Parshall para evitar el

deslizamiento de la canaleta.

III. Colocar la Canaleta Parshall en el canal.

IV. Los espacios entre la Canaleta Parshall con las paredes y base del Gran Canal

deben ser llenados con plastilina, para asegurar su estabilidad.

V. En el frente de la Canaleta Parshall se deben colocar los topes de acrílico

diseñados para la estructura para evitar el deslizamiento.

VI. Encender el sistema de bombeo del laboratorio.

VII. Abrir la válvula del tanque de carga hasta tener el caudal de diseño del prototipo.

VIII. Observar el fenómeno producido en la Canaleta Parshall.

IX. Medir la altura Ha.

X. Medir luego la altura Ha para caudales de hasta 0.028 m3/s, aproximadamente.

XI. Cerrar la válvula de agua de ingreso y apagar las bombas.

XII. Retirar la plastilina usada y guardarla.

XIII. Levantar con cuidado la Canaleta Parshall y retirar los topes de seguridad con

ayuda de una espátula.

XIV. Guardar la Canaleta Parshall en su lugar correspondiente.


109


Datos de entrada:

W= Ancho de garganta de la canaleta Parshall= 3”= 0,076 m

Coeficiente n= 1.547

Coeficiente k= 0,176


Caudal

Sabiendo que la ecuación general para una Canaleta Parshall es:

Q = k * (Han)

Donde:

Q= Caudal (m3 /s).

Ha= Carga medida aguas arriba de la garganta, en la sección ①, a 2/3 de A (m)

k, n= Coeficientes en función del ancho de garganta de la canaleta Parshall.

8. CUADRO DE DATOS:

Realizar la tabulación entre Caudal y altura Ha, para diferentes alturas. La canaleta

Parshall trabaja para caudales desde 0,001 m3 /s a 0,028 m

3 /s.


110

Q Ha

(m3/s) (m)

Tabla 5.2. Cuadro de datos para la curva de descarga.


9. GRÁFICAS:

Realizar la curva de descarga Q vs Ha y determinar la ecuación que mejor se ajusta.

10. CUESTIONARIO:

i. ¿Qué es una Canaleta Parshall y cuáles son sus partes?

ii. ¿Para qué sirve una Canaleta Parshall?

iii. ¿Cuál es la ecuación que mejor se ajusta a la gráfica realizada con los datos

obtenidos en el laboratorio?


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…….………………………………………………………………………………

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…….………………………………………………………………………………


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12. CONCLUSIONES:

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…….………………………………………………………………………………

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…….………………………………………………………………………………


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………………………………………………………………………………………….


ARBOLEDA, J. (1992). “Teoría y práctica de la purificación del agua”.

Colombia. Primera Edición. Editorial Acodal.

AZEVEDO, N. (1998). “Manual de hidráulica”. Brasil. Sexta Edición. Editorial

Edgard Blucher.


Editorial Diana.


112

ANEXO H






1. TEMA: SIFÓN NORMAL

2. OBJETIVOS:


Ver el funcionamiento del Sifón Normal en el canal y analizar el



Medir las velocidades a la salida del sifón, con dos longitudes diferentes.

Analizar la relación caudal Q vs longitud de tubería de descarga L.

Conocer qué pasa cuando la cota del sifón sobrepasa la altura permitida.


113


El sifón es un conducto cerrado que tiene como función conducir el agua hasta una

altura mayor (posible) que la superficie libre del líquido y posteriormente depositarlo

a una altura menor.

El cálculo de un sifón normal se lo realiza utilizando el teorema de Bernoulli.

Colocación del sifón en su sitio

Previo a la realización de las prácticas del sifón normal verificar que las tuberías

(Sifón) se coloquen adecuadamente, según los diseños establecidos.



Figura N° 5. 7. Sifón Normal con tubería N° 2.


Tubería (Sifón)

Tubería (Sifón)

0.2

50

m


114

Donde:

Altura entre los niveles del agua 1 Y 2 (m).

Distancia entre la entrada de la tubería hacia el espejo aguas arriba (m).

Distancia entre el espejo aguas arriba y el centro de la tubería en la parte más

elevada (m).


Gran Canal Hidrodinámico.

Sifón Normal.


Regla metálica A=+-0,001 m

Tubo Pitot

5. METODOLOGÍA:

Para realizar la práctica correspondiente al Sifón Normal, se debe primeramente

realizar los siguientes pasos:

I. Verificar que el canal este completamente limpio.

II. Colocar cinta bifásica en el asiento del Sifón Normal para evitar deslizamiento.

III. Colocar el sifón normal canal.

IV. Los espacios entre el sifón normal y el canal deben ser llenados con plastilina

para evitar fugas de agua.

V. En el frente del sifón normal se deben colocar los topes de acrílico diseñados

para la estructura.

VI. Encender el sistema de bombeo del laboratorio.

VII. Colocar el Sifón Normal N° 1 de forma adecuada. (Ver figura N° 5.6.).

H

2y1y

2y 2y


115

VIII. Abrir la válvula de agua hasta que el calado de agua aguas abajo llegue hasta el

punto 1. (Ver figura N°5.6)

IX. Observar el fenómeno producido en el Sifón Normal.

X. Una vez que funciona el sifón, medir la velocidad en el extremo de la tubería

aguas abajo (Punto 2) usando el tubo Pitot.

XI. Retirar la tubería N° 1 y colocar la tubería N° 2 en el Sifón Normal de forma

adecuada. (Ver figura N° 5.7.).

XII. Verificar que el calado de agua aguas abajo llegue hasta el punto 1. (Ver figura

N°5.7)

XIII. Observar el fenómeno producido en el Sifón Normal.

XIV. Una vez que funciona el sifón, medir la velocidad en el extremo de la tubería

aguas abajo (Punto 2) usando el tubo Pitot.

XV. Cerrar la válvula de agua de ingreso y apagar las bombas.

XVI. Retirar la plastilina colocada y guardarla.

XVII. Levantar con cuidado el Sifón Normal y retirar los topes de seguridad con ayuda

de una espátula.

XVIII. Guardar el Sifón Normal en su lugar correspondiente.


Datos de entrada:

L1= Longitud del sifón N° 1= 0,77m

L2= Longitud del sifón N° 2= 0,73 m

D= Diámetro de los sifones N° 1 y N° 2= 0,019 m= ¾”


116



hv= V2/ 2g

Donde:




8. CUADRO DE DATOS:

L H hv V A Q Q

(m) (m) (m) (m/s) (m2) (m

3/s) (l/s)

Sifón N° 1:

Sifón N° 2:

Tabla 5.3. Cuadro de datos y cálculos del sifón.


9. CUESTIONARIO:

i. ¿Qué es un Sifón Normal y que ecuación lo define?

ii. ¿Cuáles fueron las velocidades en el punto 2 utilizando los sifones N° 1 y N° 2?

iii. ¿Qué caudal paso por los sifones N° 1 y N° 2?

iv. ¿Qué relación sacaría entre H vs Q?


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…….………………………………………………………………………………

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…….………………………………………………………………………………

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11. CONCLUSIONES:

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…….………………………………………………………………………………

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…….………………………………………………………………………………

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Editorial Diana.




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ANEXO I






1. TEMA: CONTRACCIÓN HIDRÁULICA O TRANSICIÓN

2. OBJETIVOS:


Ver el funcionamiento de la contracción hidráulica en el canal y analizar el



Observar el cambio de régimen de flujo que se produce en la contracción

hidráulica horizontal.

Medir los cambios de profundidad y velocidad que se producen en la contracción

hidráulica.

Conocer cuáles son los requisitos que debe cumplir una contracción hidráulica

para tener la menor pérdida de energía.

Observar los tipos de curvas de remanso que se presentan en la contracción

hidráulica.


119


Una contracción hidráulica es definida como el cambio de sección en un canal

produciendo a su vez un cambio en el régimen de flujo (profundidad y velocidad).

Figura N° 5.8. Contracción vertical.


Figura N° 5.9. Contracción hidráulica horizontal.


recta


120

Figura N° 5.10. Contracción hidráulica horizontal con cambio de sección de ancho

mayor a menor.


Cabe señalar que una contracción o transición bien diseñada debe cumplir:

El ángulo máximo recomendado ϴR entre el eje del canal y una línea

conectando los lados del canal entre las secciones de entrada y salida es

12,5°, para tener la menor pérdida de energía.

Para verificar lo señalado anteriormente utiliza la geometría y se plantea:

= 10,6°

ϴ= 10,6° < 12,5° cumpliendo con lo recomendado anteriormente, siendo:

b1= Ancho de la contracción aguas arriba

b2= Ancho de la contracción aguas abajo

L= Longitud de la transición

y1= Calado agua arriba de la contracción

y2= Calado aguas debajo de la contracción

A su vez existen diferentes tipos de curvas en un flujo gradualmente variado:

L= 0,200 m

b2= 0,300 m b1= 0,375 m

y1

Q= 0,02 m3/s

ϴR


121

Figura N° 5.11. Curvas de desagüe y remanso en flujo gradualmente variado.



122

Donde:

Yn= Calado normal

Y= Calado medido

Yc= Calado crítico

So= Pendiente del canal

Sc= Pendiente crítica


Gran Canal Hidrodinámico.

Modelo de la Contracción Hidráulica.


Regla metálica A=+-0,001 m

Tubo Pitot

5. METODOLOGÍA:

Para realizar la práctica correspondiente a la Contracción Hidráulica, se debe

primeramente realizar los siguientes pasos:

I. Verificar que el canal esté completamente limpio.

II. Colocar cinta bifásica en las paredes de la Contracción Hidráulica para sujeción

de la misma.

III. Colocar el modelo de la Contracción Hidráulica en el Gran Canal

Hidrodinámico.

IV. Los espacios entre el modelo de la Contracción Hidráulica y el Gran Canal

deben ser llenados con plastilina.


123

V. Encender el sistema de bombeo del laboratorio.

VI. Abrir la válvula del tanque de carga hasta tener el caudal de diseño.

VII. Observar el fenómeno producido en la Contracción Hidráulica.

VIII. Medir la altura aguas arriba de la contracción, y su respectiva velocidad usando

el tubo Pitot.

IX. Medir la altura aguas abajo de la contracción y su respectiva velocidad.

X. Identificar las curvas que se presentan en la contracción hidráulica.

XI. Cerrar la válvula de agua de ingreso y apagar las bombas.

XII. Retirar la plastilina colocada y guardarla.

XIII. Retirar con cuidado la Contracción Hidráulica y la cinta bifásica colocada con

ayuda de una espátula.

XIV. Guardar la Contracción Hidráulica en su lugar correspondiente.


Datos de entrada:

b1= Ancho de la contracción aguas arriba (m)= 0,375 m

b2= Ancho de la contracción aguas abajo (m)= 0,300 m

L= Longitud de la transición (m)= 0,200 m



hv= V2/ 2g

Donde:


124




So= 0.001

8. CUADRO DE DATOS:

Caudal

Q

Ancho

b

Calado

y hv V

(m3/s) (m) (m) (m) (m/s)

Aguas arriba

Aguas abajo

Tabla 5.4. Cuadro de datos de la Contracción hidráulica.


9. CUESTIONARIO:

i. ¿Qué es una Contracción Hidráulica?

ii. ¿Cuál fue el comportamiento del flujo del agua en la contracción?

iii. ¿Qué tipos de curvas de remanso identificó en la contracción hidráulica?


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…….………………………………………………………………………………

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…….………………………………………………………………………………


125

11. CONCLUSIONES:

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…….………………………………………………………………………………

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…….………………………………………………………………………………

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Editorial Diana.

HERRERA, T. (1980). “Obras Hidráulicas”. México. Primera Edición. Editorial

Limusa.

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