Unisucre

DETERMINACIÓN DEL RÉGIMEN DE FLUJO EN UN CANAL Y

CONOCIMIENTO DE ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UN CANALLaboratorio de Hidraulica

Ingeniería civil

2013

HIDRAULICA

INFORME DE LABORATORIO

DETERMINACIÓN DEL RÉGIMEN DE FLUJO EN UN CANAL Y CONOCIMIENTO DE ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UN CANAL

PRESENTADO POR:

MARÍA ANDREA DÍAZ SIERRA 223-94011715430

JOSÉ RAFAEL MEZA GONZALES223-91033061329

PAOLA ANDREA SANES G. 223-93082703975

WENDY LORAINE LÁZARO223- 92073062375

PRESENTADO A: ING. LUIS ALFREDO DÍAZ PERALTA

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL ASIGNATURA: PRACTICAS DE HIDRÁULICA

SINCELEJO, SUCRE

2 UNISUCRE

HIDRAULICA

1. RESULTADOS

Los resultados obtenidos en el laboratorio se presentan en la siguiente tabla:

Sistema Caudal (Lt/min)

Abertura de Compuerta

(mm)

Y0 Aguas Arriba(mm)

Y1 Aguas Abajo(mm)

1 18,5

3 150,9 4,036 56,8 69 29,1 8,4

12 16,6 11,6

2 29,9

3 56,3 8,86 36,2 10,89 86,5 7

12 145,8 5,8

3 51,2

3 171,9 7,86 115,5 10,59 78,6 12,4

12 58,7 14,1Tabla#1. Resultados obtenidos en el laboratorio.

2. CALCULOS

2.1Determine el área de la sección transversal: A=75* Y(o,1)/1000000, m2

Yo Y1 A, para Yo A, para Y1150,9 4,03 0,0113175 0,0003022556,8 6 0,00426 0,0004529,1 8,4 0,0021825 0,0006316,6 11,6 0,001245 0,0008756,3 8,8 0,0042225 0,0006636,2 10,8 0,002715 0,0008186,5 7 0,0064875 0,000525

145,8 5,8 0,010935 0,000435171,9 7,8 0,0128925 0,000585115,5 10,5 0,0086625 0,000787578,6 12,4 0,005895 0,0009358,7 14,1 0,0044025 0,0010575

2.2Determine el valor de la velocidad, a partir de las lecturas del venturìmetro.

V= Q/A

Para Y0 (Aguas arriba)

Caudal (m3/s) Y0 (mm) Área (m2) V (m2/s)0,00030833 150,9 0,0113175 0,02724394

56,8 0,00426 0,07237872

3 UNISUCRE

HIDRAULICA

29,1 0,0021825 0,141275316,6 0,001245 0,2476573

0,00049833

56,3 0,0042225 0,1180185536,2 0,002715 0,1835481986,5 0,0064875 0,07681439

145,8 0,010935 0,04557232

0,00085333

171,9 0,0128925 0,06618835115,5 0,0086625 0,098508978,6 0,005895 0,1447554458,7 0,0044025 0,19382926

Para Y1 (Aguas abajo)

Caudal (m3/s) Y1 (mm) Área (m2) V (m2/s)

0,00030833

4,03 0,00045 1,020126836 0,00063 0,68518519

8,4 0,00087 0,4894179911,6 0,00066 0,35440613

0,00049833

8,8 0,00081 0,7550505110,8 0,000525 0,61522634

7 0,000435 0,949206355,8 0,000585 1,14559387

0,00085333

7,8 0,0007875 1,4586894610,5 0,00093 1,0835978812,4 0,0010575 0,9175627214,1 0,00030225 0,80693459

2.3Determine el perímetro mojado, la profundidad hidráulica y el radio hidráulico para los tirantes medidos en cada abertura de compuerta.

Perímetro mojado= B+ 2* Y(0,1)

Radio hidráulico= A/ perímetro mojadoProfundidad hidráulica= A/B

Para Y0 (Aguas arriba)

h (abertura de

compuerta)

Yo (mm)

Perímetro mojado Yo

(m)

Radio hidráulico Yo

(m)

Profundidad hidráulica Yo

(m)3 150,9 0,3768 0,030035828 0,15096 56,8 0,1886 0,022587487 0,05689 29,1 0,1332 0,016385135 0,0291

12 16,6 0,1082 0,01150647 0,01663 56,3 0,1876 0,022507996 0,05636 36,2 0,1474 0,018419267 0,0362

4 UNISUCRE

HIDRAULICA

9 86,5 0,248 0,026159274 0,086512 145,8 0,3666 0,029828151 0,14583 171,9 0,4188 0,030784384 0,17196 115,5 0,306 0,028308824 0,11559 78,6 0,2322 0,025387597 0,0786

12 58,7 0,1924 0,022882017 0,0587

Para Y1 (Aguas abajo)

h(abertura de compuerta) Y1(mm)

Perímetro mojado Y1

(m)

Radio hidráulico Y1

(m)

Profundidad hidráulica Y1

(m)3 4,03 0,08306 0,003638936 0,004036 6 0,087 0,005172414 0,0069 8,4 0,0918 0,006862745 0,0084

12 11,6 0,0982 0,00885947 0,01163 8,8 0,0926 0,00712743 0,00886 10,8 0,0966 0,008385093 0,01089 7 0,089 0,005898876 0,007

12 5,8 0,0866 0,005023095 0,00583 7,8 0,0906 0,006456954 0,00786 10,5 0,096 0,008203125 0,01059 12,4 0,0998 0,009318637 0,0124

12 14,1 0,1032 0,010247093 0,0141

2.4Calcule el número de Reynolds y el número de Fraude para cada pareja de mediciones por cada abertura de compuerta.

Para Y0 (Aguas arriba)

h, abertura de compuerta

(mm)

Yo (aguas arriba) (mm)

Régimen de flujo

REYNOLDS Yo

Régimen de flujo FROUDE

Yo

3 150,9 1021,59102 0,022403326 56,8 2041,01536 0,09701169 29,1 2889,90614 0,2645493512 16,6 3557,62937 0,614022163 56,3 3316,30593 0,158885056 36,2 4220,753 0,308164629 86,5 2508,62497 0,0834298512 145,8 1697,05126 0,038124963 171,9 2543,77984 0,050995356 115,5 3481,48692 0,092591579 78,6 4588,00602 0,1649341512 58,7 5537,08419 0,25555669

Para Y1 (Aguas abajo)

5 UNISUCRE

HIDRAULICA

h, abertura de compuerta (mm) Y1(mm) Régimen de flujo

REYNOLDS Y1

Régimen de flujo FROUDE Y1

3 4,03 4634,42689 5,133204996 6 4424,54595 2,825656089 8,4 4193,19714 1,70579661

12 11,6 3919,91341 1,051136683 8,8 6718,56364 2,571115756 10,8 6440,36225 1,891080449 7 6990,32576 3,62408668

12 5,8 7184,05304 4,805113453 7,8 11758,6644 5,275972286 10,5 11097,2396 3,378006349 12,4 10674,6994 2,63215756

12 14,1 10323,0135 2,17077964

2.5 Grafique los tirantes (aguas arriba, aguas abajo) Vs. Caída de velocidades. Comente.

6 UNISUCRE

HIDRAULICA

2.6Grafique Y/B, siendo B el ancho del canal contra numero de froude.

2.7 Clasificación de los tipos de flujo que se presentaron en la experiencia:

Para Reynolds ≤ 2000, flujo laminar. Para Reynolds > 2000, flujo turbulento. F (Froude) <1, flujo sub critico. F (Froude) >1, flujo supercrítico

Para Y0 (Aguas arriba) :

h Reynolds Froude Tipo de régimen3 1021,59102 0,02240332 laminar-sub critico

7 UNISUCRE

HIDRAULICA

6 2041,01536 0,0970116 Laminar-sub critico9 2889,90614 0,26454935 Turb.-sub critico12 3557,62937 0,61402216 Turb.-sub critico3 3316,30593 0,15888505 Turb.-sub critico6 4220,753 0,30816462 Turb.-sub critico9 2508,62497 0,08342985 Turb.-sub critico12 1697,05126 0,03812496 Laminar-sub critico3 2543,77984 0,05099535 Turb.-sub critico6 3481,48692 0,09259157 Turb.-sub critico9 4588,00602 0,16493415 Turb.-sub critico12 5537,08419 0,25555669 Turb.-sub critico

Para Y1 (Aguas abajo):

h Reynolds Froude Tipo de régimen3 4634,42689 5,13320499 Turb.-supercrítico6 4424,54595 2,82565608 Turb.- supercrítico9 4193,19714 1,70579661 Turb.- supercrítico12 3919,91341 1,05113668 Turb.- supercrítico3 6718,56364 2,57111575 Turb.- supercrítico6 6440,36225 1,89108044 Turb.- supercrítico9 6990,32576 3,62408668 Turb.- supercrítico12 7184,05304 4,80511345 Turb.- supercrítico3 11758,6644 5,27597228 Turb.- supercrítico6 11097,2396 3,37800634 Turb.- supercrítico9 10674,6994 2,63215756 Turb.- supercrítico12 10323,0135 2,17077964 Turb.- supercrítico

3. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Fue posible observar durante la experiencia que aguas arriba la velocidad es lenta o baja, con relación a la velocidad que experimenta el flujo aguas abajo. En canales abiertos podemos encontrar una clasificación de flujo en los siguientes cuatro tipos: laminar-sub critico, laminar supercrítico, turbulento sub crítico y turbulento supercrítico. Estas se realizan a través de la clasificación de Reynolds que establece si es laminar o turbulento y el numero de Froude, que define según sus criterios si es crítico, sub crítico o supercrítico; ambos criterios involucran en sus cálculos la velocidad como factor directamente proporcional, lo que determina su importancia en la clasificación del régimen de flujo que se presenta. Según la observación se espera entonces encontrar un régimen de flujo aguas arriba laminar- sub critico, cabe resaltar que la clasificación laminar propuesta por Osborne Reynolds se le atribuye al comportamiento del flujo que se observa visualmente, se cree que este tipo de flujo se observa como laminas; fue posible constatar esta propuesta en la experiencia. Para el tirante aguas abajo se esperaba un comportamiento turbulento- supercrítico. Los resultados mostraron que efectivamente el flujo en aguas arriba es mucho más tranquilo que aguas abajo, no se encontró exactamente laminar pero si se comparan los Reynolds aguas arriba con relación aguas abajo la diferencia es notoria.

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HIDRAULICA

El flujo turbulento es dominante en todo el ensayo, que es muy normal en canales abiertos. Como se esperaba para aguas arriba Froude arrojo un régimen sub crítico y aguas abajo se encontró un régimen supercrítico.

En las graficas tirante Vs. caída de velocidad se muestra que son inversamente proporcionales, es decir a mayor tirante menor velocidad, por lo que se encuentran flujos laminares (de bajas velocidades) aguas arriba de la compuerta y flujos turbulentos (de velocidades altas con relación a los flujos laminares) aguas abajo. Con relación a las graficas Y/B Vs. Froude, se conoce que al disminuir el ancho del canal se aumenta el tirante, y de la grafica anterior se pudo conocer que a mayor tirante el flujo tiende a poseer velocidades menores lo que genera flujos sub críticos y por lo general laminares.

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los resultados encontraron fueron satisfactoriamente próximos a lo esperado, sin embargo este tipo de experiencia puede precisarse aun más si se toman no solo un Yo y Y1 para cada abertura de compuerta, sino que se tomen alrededor de 3 lecturas en el venturimetro para Yo y Y1, ubicándolo (el venturimetro) en 3 puntos de posible cambio, al inicio, intermedio (como se realizo en el ensayo) y al final, los Y obtenidos se pueden promediar y a su vez se pueden obtener áreas, velocidades e incluso caudales promedio que permiten aproximaciones a los resultados esperados mucho más precisas en algunos de los casos los resultados esperados.

El flujo turbulento fue dominante en los régimen de flujo encontrados, el flujo laminar estuvo presente en aguas arriba, tal cual como se esperaba todos los régimen de flujo encontrados aguas arriba fueron sub críticos y aguas abajo supercríticos, esto demuestra la importancia de la velocidad que experimenta el flujo durante su transición y el cambio que sufre este durante su paso por la compuerta. De las graficas se puede inferir que ambas relaciones son inversamente proporcionales.

Podemos cambiar el régimen del flujo que se transporta en un canal abierto con el uso de una compuerta que según características como su abertura inciden en la velocidad que el flujo maneja y así transforma el régimen de flujo, para obtener el deseado.

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