informe 01. conducciones libres

8/16/2019 Informe 01. Conducciones Libres

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Informe Práctica Nº 1:

INFORME PRÁCTICA Nº 1: CONDUCCIONES LIBRES

1.

OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA

1.1. OBJETIVO GENERAL

Calcular los elementos geométricos del canal de pruebas del laboratorio, y determinarel tipo y régimen de flujo a través del mismo para distintos caudales. Obtenerempíricamente los coeficientes de Chezy (C) y de Manning y compararlos con losindicados en la literatura

1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO

Calcular los elementos geométricos (profundidad de circulación, área mojada,perímetro mojado, radio hidráulico, profundidad hidráulica) del canal depruebas del laboratorio.

Calcular el número de Reynolds y clasificar el flujo en el canal según dicho valoren: laminar, transicional ó turbulento.

Calcular el número de Froude y usarlo para clasificar el régimen flujo en el canalen: crítico, subcrítico ó supercrítico.

Calcular los coeficientes de Chezy (C) y de Manning a partir de los datos de estapráctica y comparar los valores obtenidos con los valores indicados en tablaspara las características del canal usado en la práctica.

2.

FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1.

DEFINICIÓN DE CANALES

Los canales son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a laacción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del líquido está encontacto con la atmósfera; esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presiónatmosférica y de su propio peso (Figura 1).

Fig. 1.- Flujo en conductos


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2.2.

CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES

De acuerdo con su origen los canales se clasifican en:

a) Canales naturales: Incluyen todos los cursos de agua que existen de manera naturalen la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas

montañosas, hasta quebradas, ríos pequeños y grandes, arroyos, lagos y lagunas. Lascorrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también sonconsideradas como canales abiertos naturales. La sección transversal de un canalnatural es generalmente de forma muy irregular y variable durante su recorrido (Fig.2), lo mismo que su alineación y las características y aspereza de los lechos.

Fig. 2.- Sección transversal irregular

b) Canales artificiales: Los canales artificiales son todos aquellos construidos odesarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego,de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas,alcantarillado pluvial, sanitario, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lolargo de carreteras, cunetas de drenaje agrícola y canales de modelos construidos en ellaboratorio. Los canales artificiales usualmente se diseñan con forma geométricasregulares (prismáticos), un canal construido con una sección transversal invariable yuna pendiente de fondo constante se conoce como canal prismático. El término sección

de canal se refiere a la sección transversal tomado en forma perpendicular a la direccióndel flujo. Las secciones transversales más comunes son las siguientes:

Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que proveen laspendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos.

Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por logeneral se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductosde madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos.

Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, tambiénen canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo.También se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras.

Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos yes la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canalesviejos de tierra.

Sección circular: El círculo es la sección más común para alcantarillados yalcantarillas de tamaños pequeño y mediano.


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Fig. 3.- Secciones artificiales transversales

2.3. ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE LOS CANALES

Los elementos geométricos son propiedades de una sección de canal que pueden ser

definidos por completo por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estoselementos son muy importantes y se utilizan con amplitud en el cálculo de flujo. Parasecciones de canal regulares y simples, los elementos geométricos pueden expresarsematemáticamente en términos de la profundidad de flujo y de otras dimensiones de lasección. La forma más conocida de la sección transversal de un canal es la trapecial,como se muestra en la fig. 4.

Fig. 4.- Elementos geométricos más importantes

Tirante de agua o profundidad de flujo “”: Es la distancia vertical desde el puntomás bajo de una sección del canal hasta la superficie libre, es decir la profundidadmáxima del agua en el canal.

Ancho superficial o espejo de agua “”: Es el ancho de la superficie libre del agua, enm.

Talud “”: Es la relación de la proyección horizontal a la vertical de la pared lateral (sellama también talud de las paredes laterales del canal). Es decir “” es el valor de laproyección horizontal cuando la vertical es 1, aplicando relaciones trigonométricas. Esla cotangente del ángulo de reposo del material (), es decir = y depende del tipode material en que se construya el canal, a fin de evitar derrumbes.

Pendiente (): es la pendiente longitudinal de la rasante del canal.

Rectangular Trapecial Compuesta

Semicircular Circular Herradura


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Área mojada ( ): es la superficie ocupada por el agua en una sección transversalnormal cualquiera, se expresada en m2.

Perímetro mojado (): es la longitud de la línea de contorno del área mojada entre elagua y las paredes del canal, expresado en m.

Radio hidráulico (): es el cociente del área hidráulica y el perímetro mojado. = Ancho de la superficial o espejo del agua (T): es el ancho de la superficie libre delagua, expresado en m.

Profundidad hidráulica (): es el área mojada dividida por el ancho de la superficielibre del agua (). = , se expresa m.2.4.

CLASIFICACIÓN DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS

El flujo en canales abiertos puede clasificarse en muchos tipos y describirse de variasmaneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio de los parámetros

profundidad, velocidad, área etc. del flujo con respecto al tiempo y al espacio.

La clasificación del flujo en canales abiertos se resume de la siguiente manera:

A.

Flujo permanentea. Flujo uniformeb. Flujo variado

i.

Flujo gradualmente variadoii. Flujo rápidamente variado

B.

Flujo no permanentea. Flujo uniforme no permanente (raro)b.

Flujo variado no permanente

i.

Flujo gradualmente variado no permanenteii.

Flujo rápidamente variado no permanente

2.5. FLUJO PERMANENTE Y FLUJO NO PERMANENTE

El flujo es permanente si los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian conrespecto al tiempo, es decir, en una sección del canal en todos los tiempos los elementosdel flujo permanecen constantes. Matemáticamente se pueden representar:

= 0; = 0; = 0 Si los parámetros cambian con respecto al tiempo el flujo se llama no permanente, esdecir:

≠ 0; ≠ 0; ≠ 0 En la mayor parte de los problemas de canales abiertos es necesario estudiar elcomportamiento del flujo solo bajo condiciones permanentes. Sin embargo, si el cambioen la condición del flujo con respecto al tiempo es importante, el flujo debe tratarsecomo no permanente.


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2.6.

FLUJO UNIFORME Y FLUJO VARIADO

Esta clasificación obedece a la utilización del espacio como variable. El flujo es uniformesi los parámetros (tirante, velocidad, área, etc.), no cambian con respecto al espacio, esdecir, en cualquier sección del canal los elementos del flujo permanecen constantes.Matemáticamente se pueden representar:

= 0; = 0; = 0 Si los parámetros varían de una sección a otra, el flujo se llama no uniforme o variado,es decir:

≠ 0; ≠ 0; ≠ 0 Un flujo uniforme puede ser permanente o no permanente, según cambie o no laprofundidad con respecto al tiempo.

Flujo uniforme permanente: La profundidad del flujo no cambia durante el intervalo

de tiempo bajo consideración, es el tipo de flujo fundamental que se considera en lahidráulica de canales abiertos.

Fig. 5.- Flujo uniforme permanente

Flujo uniforme no permanente: El establecimiento de un flujo uniforme nopermanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro peropermaneciendo paralela al fondo del canal, como esta es una condición prácticamenteimposible, Flujo uniforme no permanente es poco frecuente (raro).


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Fig. 6.- Flujo uniforme no permanente

El flujo variado puede clasificarse como rápidamente variado o gradualmente variado.Flujo rápidamente variado: El flujo es rápidamente variado si la profundidad del aguacambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el caso del

resalto hidráulico.

Fig. 7.- Flujo rápidamente variado

Flujo gradualmente variado: El flujo gradualmente variado es aquel en el cual losparámetros cambian en forma gradual a lo largo del canal, como es el caso de una curvade remanso.

Fig. 8.- Flujo gradualmente variado

2.7.

ESTADOS DE FLUJO

El flujo puede ser laminar, turbulento o transicional según el efecto de la viscosidad enrelación con la inercia.

Flujo laminar: El flujo es laminar si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relacióncon las fuerzas inerciales, de tal manera que la viscosidad juega un papel importante endeterminar el comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las partículas de agua semueven en trayectorias suaves definidas o líneas de corriente, y las capas de fluido conespesor infinitesimal parecen deslizarse sobre capas adyacentes, es decir, el


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movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastanteregulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara deláminas o capas más o menos paralelas entre sí, las cuales se deslizan suavemente unassobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas.

Flujo turbulento: Este tipo de flujo es el que más se presenta en la práctica deingeniería. El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con lasfuerzas inerciales. En flujo turbulento, las partículas del agua se mueven en trayectoriasirregulares, que no son suaves ni fijas, pero que en conjunto todavía representan elmovimiento hacia adelante de la corriente entera.

2.8.

EFECTO DE LA VISCOSIDAD

El efecto de la viscosidad en relación con la inercia puede representarse mediante elnúmero de Reynolds, si se usa como longitud característica el radio hidráulico, elnúmero de Reynolds es:

= = Donde : Número de Reynolds, adimensional.: Fuerzas de inercia.: Fuerzas de viscosidad del fluido.: Velocidad media del flujo en el conducto, en m/s.: Longitud característica, en conducciones libres es el radio hidráulico (), en m.: Viscosidad cinemática, en m2/s. ( = / )De acuerdo al número de Reynolds, el flujo se clasifica en:

Flujo laminar Re < 500 Flujo de transición 500 < Re < 1000 Flujo turbulento Re > 1000

2.9.

EFECTO DE LA GRAVEDAD

El efecto de la gravedad sobre el estado de flujo se representa por la relación entre lasfuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales.

Esta relación está dada por el número de Froude, definido como:

= = 2 = Donde : Número de Froude, adimensional.: Fuerzas de inercia.: Fuerzas de gravedad.: Velocidad media del flujo en el conducto, en m/s.


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: Longitud característica, en conducciones libres es la profundidad hidráulica (D),en m.: Aceleración de la gravedad, en m2/s.

De acuerdo al número de Reynolds, el flujo se clasifica en:

Régimen crítico: = 1, = Régimen subcrítico: < 1, < Régimen supercrítico: < 1, <

2.10.

FÓRMULA DE CHEZY

La forma más conocida y usada de la ecuación propuesta por Chezy es:

= √ Donde

: Velocidad media del agua en la sección, en m/s.

: Coeficiente de Chezy, depende de la rugosidad de la conducción y delnúmero de Reynolds.: Radio hidráulico, en m.: Pendiente de la rasante de energía, adimensional. Igual a la pendientedel fondo ()

2.11.

FÓRMULA DE MANNING

Expresada en el sistema métrico, la fórmula de Manning es:

=1

2/3

1/2

Donde : Velocidad media del agua en la sección, en m/s.: Coeficiente de rugosidad de Manning.: Radio hidráulico, en m.: Pendiente de la rasante de energía, adimensional. Igual a la pendientedel fondo ()

3.

PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA

Para la realización de esta práctica se utilizó canal basculante del laboratorio. El mismotiene una sección transversal rectangular. La pendiente del fono del canal puede sermodificada usando el gato hidráulico colocado a la entrada del mismo. El canal estáabastecido por un tanque de carga constante (lo que aumenta la estabilidad de lasmediciones). Al final del canal se encuentra un tanque de aforo para la mediciónvolumétrica de los gastos. Un panel de 9 piezómetros permite la medición de los nivelesde agua a lo largo del canal.


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El procedimiento seguido en la realización de esta práctica fue el siguiente:

1.

Se midió las alturas (respecto al suelo) de cada una de las mangueras de lospiezómetros conectados a lo largo de canal.

2. Se hizo pasar una corriente de agua por el canal para que se llenen los piezómetros.El aire atrapado dentro de los mismos se expulsó usando una jeringa.

3.

Con los piezómetros listos, se incrementó el caudal en el canal. Se registró la alturadel agua en cada uno de los 9 piezómetros, y se midió el gasto en al caudal de aforo,registran tres tiempos para alturas de aforo de 10 cm.

4. Se incrementó el caudal y se repitió el procedimiento descrito en 3 dos veces más.5.

Se cerró la llave de paso que provee de agua al canal, y una vez que el caudal bajó acero se registró la “lectura inicial” de los piezómetros.

El procesamiento de los datos se realiza de la siguiente forma:

1. Se calculó la pendiente del fondo del canal, . Es la relación entre el desnivel deinicio y el final del canal dividido entre la longitud.

2.

Se calculó el gasto de circulación (), en m3/s. Se obtiene dividiendo el volumenacumulado en el tanque de aforo entre el tiempo.3. Se determina la profundidad de circulación () en las diferentes secciones del canal,

en m. Es la diferencia entre las lecturas inicial (con = 0) y las realizados cuandopor el canal fluía agua ( ≠ 0).

4. Se determinó el área mojada ( ), m2. = · Donde : área mojada.: Base de la sección transversal, en m.: Profundidad de circulación, en m.

5.

Se calculó la velocidad media (V) del agua en la sección, en m/s. Se obtiene al dividir

el gasto () entre el área mojada ( ).6. Se calculó la carga de velocidad, en m: /2 7.

Se calculó el perímetro mojado (), en m.8. Se determinó el radio hidráulico (), en m. Es la relación entre el área mojada y el

ancho superficial: = 9.

Se determinó la profundidad hidráulica (D), en m. Es la relación entre el área mojada

y el ancho de la superficie libre del agua (). = 10.

Se calculó el número de Reynolds (), adimensional. = 11. Se calculó el número de Froude (

), adimensional.

=

12.

Se calculó el Coeficiente de Chezy (). = √ Donde : Velocidad media del agua en la sección, en m/s.: Radio hidráulico, en m.: Pendiente de la rasante de energía, adimensional. Igual a la pendiente

del fondo ()13. Se calculó el Coeficiente de Manning (). = 2/3!/2


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Donde : Velocidad media del agua en la sección, en m/s.: Radio hidráulico, en m.: Pendiente de la rasante de energía, adimensional. Igual a la pendientedel fondo ()


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4. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS

4.1.

DATOS DE LA PRÁCTICA

Los datos de las alturas (respecto al suelo) de cada una de las mangueras de los

piezómetros conectados a lo largo de canal y las lecturas de las alturas piezométricasrealizadas en esta práctica se presentan en la Tabla Nº 1.

Tabla Nº 1. DATOS DE LA PRÁCTICA

PARÁMETRO UM NÚMERO DE PIEZÓMETRO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Altura fondo (respecto al piso) Zi cm 87 86 84 82 80,5 79,5 78,5 76,5 74,5

Lectura inicial en los piezómetros Li cm 46,8 46,7 44,5 42,8 41,2 40 39 37,2 35,9

Lectura en los piezómetros con el caudal 1 L1 cm 49 48,6 46 44,3 43,1 42,2 39,5 38,9 37,2

Lectura en los piezómetros con el caudal 2 L2 cm 51 50,5 48 46 44,5 43,7 40,5 40 38,9

Lectura en los piezómetros con el caudal 3 L3 cm 52 51,5 49,1 47,1 45,5 44,9 41,4 41,2 39,2 Se tomaron lecturas de las alturas piezométricas para 3 caudales diferentes, y seregistraron 3 tiempos de aforo para cada caudal (Tabla Nº 2)

Tabla Nº 2. TIEMPOS DE AFORO

Medición Tiempo

T1 T2 T3

1 27,38 10,56 8,06

2 26,56 11,58 7,37

3 25,83 11,86 7,55

Prom. 26,59 11,33 7,66 Datos complementarios:

Tabla Nº 3. DATOS DE LA PRÁCTICA

PARÁMETRO UM VALOR

Longitud de separación entre las tomas piezométricas cm 100

Ancho del canal rectangular cm 32,8

Área del tanque de aforo m2 1,48

Altura aforada cm 10


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4.2.

CÁLCULOS DE LA PRÁCTICA

Caudal:

= = = = = =

Profundidad de circulación:


1 2 3 4 5 6 7 8 9


Lectura en los piezómetros con el caudal 1 L1 cm 49 48,6 46 44,3 43,1 42,2 39,5 38,9 37,2

Profundidad de circulación con el caudal 1 y1 cm 2,2 1,9 1,5 1,5 1,9 2,2 0,5 1,7 1,3


1 2 3 4 5 6 7 8 9 Lectura inicial en los piezómetros Li cm 46,8 46,7 44,5 42,8 41,2 40 39 37,2 35,9

Lectura en los piezómetros con el caudal 2 L2 cm 51 50,5 48 46 44,5 43,7 40,5 40 38,9


PARÁMETRO UM NÚMERO DE PIEZÓMETRO 1 2 3 4 5 6 7 8 9


Lectura en los piezómetros con el caudal 3 L3 cm 52 51,5 49,1 47,1 45,5 44,9 41,4 41,2 39,2


Área mojada


1 2 3 4 5 6 7 8 9 Área mojada con el caudal 1 A1i m2 0,007 0,006 0,005 0,005 0,006 0,007 0,002 0,006 0,004

Área mojada con el caudal 2 A2i m2 0,014 0,012 0,011 0,010 0,011 0,012 0,005 0,009 0,010



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1 2 3 4 5 6 7 8 9 Profundidad de circulación conel caudal 1

y1i cm 2,2 1,9 1,5 1,5 1,9 2,2 0,5 1,7 1,3

Profundidad de circulación conel caudal 2

y2i cm 4,2 3,8 3,5 3,2 3,3 3,7 1,5 2,8 3,0

Profundidad de circulación conel caudal 3

y3i cm 5,2 4,8 4,6 4,3 4,3 4,9 2,4 4,0 3,3




Velocidad media en la seccióncon el caudal 1

V1i m/s 0,77 0,89 1,13 1,13 0,89 0,77 3,39 1,00 1,31

Velocidad media en la seccióncon el caudal 2 V2i m/s 0,95 1,05 1,14 1,24 1,21 1,08 2,65 1,42 1,33

Velocidad media en la seccióncon el caudal 3

V3i m/s 1,13 1,23 1,28 1,37 1,37 1,20 2,45 1,47 1,79

Carga de velocidad con elcaudal 1

V12/2g m 0,03 0,04 0,07 0,07 0,04 0,03 0,59 0,05 0,09


V22/2g m 0,05 0,06 0,07 0,08 0,07 0,06 0,36 0,10 0,09


V32/2g m 0,07 0,08 0,08 0,10 0,10 0,07 0,31 0,11 0,16

Perímetro mojado con elcaudal 1

P1i m 0,37 0,37 0,36 0,36 0,37 0,37 0,34 0,36 0,35


P2i m 0,41 0,40 0,40 0,39 0,39 0,40 0,36 0,38 0,39


P3i m 0,43 0,42 0,42 0,41 0,41 0,43 0,38 0,41 0,39

Radio hidráulico con el caudal 1 R1i m 0,019 0,017 0,014 0,014 0,017 0,019 0,005 0,015 0,012



Profundidad hidráulica con elcaudal 1 D1i m 0,022 0,019 0,015 0,015 0,019 0,022 0,005 0,017 0,013

Profundidad hidráulica con elcaudal 2

D2i m 0,042 0,038 0,035 0,032 0,033 0,037 0,015 0,028 0,030

Profundidad hidráulica con elcaudal 3

D3i m 0,052 0,048 0,046 0,043 0,043 0,049 0,024 0,040 0,033

Número de Reynolds con elcaudal 1

Re1i - 14858 15102 15439 15439 15102 14858 16353 15269 15614


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Re2i - 31476 32099 32583 33082 32914 32259 36224 33771 33423


Re3i - 44414 45252 45683 46345 46345 45040 51029 47027 48698

Número de Froude con el

caudal 1 NF1i - 1,66 2,069 2,949 2,949 2,069 1,66 15,32 2,444 3,655 Número de Froude con elcaudal 2

NF2i - 1,202 1,463 1,931 2,019 1,57 1,28 8,847 1,905 2,406

Número de Froude con elcaudal 3

NF3i - 1,08 1,302 1,684 1,742 1,375 1,113 6,995 1,594 2,294

Coeficiente de Chezy con elcaudal 1

C1i - 44,31 54,76 77,2 77,2 54,76 44,31 389,8 64,34 95,15


C2i - 41,47 47,72 53,58 60,83 58,23 49,54 181,1 73,55 66,67


C3i - 45,61 50,95 54,05 59,38 59,38 49,51 135,7 65,7 86,16

Coeficiente de Manning con elcaudal 1

n1i - 0,012 0,009 0,006 0,006 0,009 0,012 0,001 0,008 0,005


n2i - 0,014 0,012 0,01 0,009 0,009 0,011 0,003 0,007 0,008


n3i - 0,013 0,011 0,011 0,01 0,01 0,012 0,004 0,009 0,006


1 2 3 4 5 6 7 8 9 Carga de posición Zi m 0,87 0,86 0,84 0,82 0,81 0,80 0,79 0,77 0,75

Carga de presión yi m 0,022 0,019 0,015 0,015 0,019 0,022 0,005 0,017 0,013Carga de velocidad Vi m 0,03 0,04 0,07 0,07 0,04 0,03 0,59 0,05 0,09

RASANTE DE ENERGÍA m 0,92 0,92 0,92 0,90 0,86 0,85 1,38 0,83 0,84

Carga de posición Zi m 0,87 0,86 0,84 0,82 0,81 0,80 0,79 0,77 0,75

Carga de presión yi m 0,042 0,038 0,035 0,032 0,033 0,037 0,015 0,028 0,03Carga de velocidad Vi m 0,95 1,05 1,14 1,24 1,21 1,08 2,65 1,42 1,33

RASANTE DE ENERGÍA m 1,86 1,95 2,01 2,10 2,04 1,91 3,45 2,21 2,10

Carga de posición Zi m 0,87 0,86 0,84 0,82 0,81 0,80 0,79 0,77 0,75

Carga de presión yi m 0,052 0,048 0,046 0,043 0,043 0,049 0,024 0,04 0,033

Carga de velocidad Vi m 1,13 1,23 1,28 1,37 1,37 1,20 2,45 1,47 1,79 RASANTE DE ENERGÍA m 2,05 2,14 2,17 2,23 2,22 2,05 3,26 2,28 2,56


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5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Los siguientes gráficos presentan las rasantes de energía y sus componentes. Puedeapreciarse claramente la presencia de un error en las mediciones para elpiezómetro 7. Dicho error afectó la medición de la velocidad (y por tanto de la carga

de energía) en la sección 7, sobreestimando su verdadero valor.Por otro lado, lalínea de energía muestra una pendiente poco pronunciada, indicando una bajapérdida de energía debido a la fricción durante el trayecto (lo cual se debe a que lalongitud del canal no es grande).

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

C a r g a ( m

)

RASANTE DE ENERGÍA. Caudal 1

RASANTE DE ENERGÍA(caudal 1)

Carga de posición

Carga de presión

Carga de velocidad

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

C a r g a ( m )



Carga de posición

Carga de presión

Carga de velocidad


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El número de Reynolds indica que el flujo es, para todos los caudales de la práctica,turbulento, como se ve en el siguiente gráfico. De acuerdo con nuestra expectativa

teórica, a mayor caudal, mayor velocidad y número de Reynolds.

El número de Froude indica que, para todos los caudales probados en esta práctica,el régimen es supercrítico. El evidente el error de medición en las lecturas delpiezómetro 7.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

C a r g a ( m

)



Carga de posición

Carga de presión

Carga de velocidad

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Número de Reynolds conel caudal 1



0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Número de Froude con

el caudal 1Número de Froude conel caudal 2

Número de Froude conel caudal 3


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En cuanto a las características geométricas, el siguiente gráfico muestra el radiohidráulica para cada sección según el caudal que fluía por el canal. Además del yamencionado error de medición presente en la sección 7, la sección 6 presenta unvalor inesperadamente alto, lo que podría indicar un posible error de medición.En las tres primeras secciones muestra un comportamiento descendente, luego el

patrón no es claro.

La profundidad hidráulica presenta un comportamiento similar al del radiohidráulica, lo cual se deba a las características de la sección transversal del canal(rectangular y constante).

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0,040

0,045

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Radio hidráulico con elcaudal 1 R1i m



0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Profundidad hidráulicacon el caudal 1 D1i m




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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De la realización de esta práctica se obtuvieron las siguientes conclusiones:

Existió un error de medición grave en las lecturas de la altura piezométrica y/oaltura respecto al suelo de la toma para el piezómetro 7. Es posible que se deba

a una obstrucción ó la presencia de aire en el piezómetro 7.

La rasante de energía es casi horizontal debido a la poca pérdida de energía queocurre en el canal. Esto se debe a que la superficie interna del canal es lisa y lalongitud del trayecto es corta.

El número de Reynolds indica que el flujo en todos los casos fue turbulento (Remayor a 2000). El menor Re calculado fue de 14858.

El número de Froude indica que el régimen de flujo en todos los casos fuesupercrítico (NF mayor a 1). El menor NF calculado fue de 1,08.

Los elementos geométricos de la sección (profundidad de circulación, áreamojada, perímetro mojado, radio hidráulico, profundidad hidráulica) muestran

un comportamiento variable para cada caudal, con patrones poco claros debidoposiblemente a errores de medición. Por otro lado, al comparar los elementosgeométricos para los distintos caudales, es claro un incremento de dichascaracterísticas al crecer el caudal.

En cuanto a las recomendaciones:

Debido a que los resultados muestran evidencias de errores de medición en laslecturas vinculadas en especial al piezómetros 7, se recomienda una revisióndetallada y mantenimiento de los instrumentos de medición (los piezómetros)para evitar errores en futuras prácticas.


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7. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

GARCÍA RUIZ, Ernesto (1997). “MANUAL DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIODE HIDRÁULICA”. Univ. Autónoma Juan Misael Saracho. Bolivia. 238 páginas.

ARVIZA, Jaime; BALBASTRE, Ibán; GONZALES, Pablo (2002). "INGENIERÍARURAL: HIDRÁULICA

". Ed. Univ. Politécnica de Valencia. España. 388 páginas.

PÉREZ, Guillermo; RODRÍGUEZ Jesús; HURTADO, Jorge; MOLINA, Juan Pablo(2009). "MANUAL DE PRÁCTICAS DE HIDRÁULICA BÁSICA". Univ. Michoacanade Santo Tomás de Hidalgo. México.

POTTER, Merle; WIGGERT, David (2002). "MECÁNICA DE FLUIDOS ". 3º edición. Ed.Thomson. México. 772 páginas.

MOTT, Robert L. (2006). “MECÁNICA DE FLUIDOS ”. 6º edición. Ed. Pearson Educación.México. 644 páginas.

Enciclopedia on-line Wikipedia. En red: http://es.wikipedia.org/Artículos consultados:o En red: http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(ingeniería)o

En red: http:// http://es.wikipedia.org/wiki/Radio_hidráulicoo En red: http://es.wikipedia.org/wiki/Formula_de_Manning


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8. CUESTIONARIO

1. Definir los siguientes términos:a) Energía específica mínimab) Rasante de energíac)

Canal de sección de máxima eficiencia

a) Energía específica mínima.- La energía específica se define como la cantidad deenergía por unidad de peso (es decir por kilogramo de agua) que fluye a través de lasección de canal, medida con respecto al fondo del canal. La energía específica es lasuma del tirante y la carga de velocidad. La energía específica mínima es aquella quedebe tener la lámina de agua para ser capaz de transportar el caudal que dio origen a lacurva de energía específica.

b) Rasante de energía.- también llamada línea de energía, es la curva que presenta lacarga total (es decir, la suma de la carga de posición, la de velocidad y la piezométrica)

con respecto a la longitud del conducto.

c) Canal de sección de máxima eficiencia.- la sección de máxima eficiencia hidráulica esaquella sección que, para una forma determinada y pendiente conocida, escurre elmayor caudal posible. Es útil debido a que uno de los factores que intervienen en elcosto de construcción de un canal el volumen por excavar; este a su vez depende de lasección transversal. Mediante ecuaciones se puede plantear y resolver el problema deencontrar la menor excavación para conducir un gasto dado, conocida la pendiente.


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2. Dimensionar un canal de sección rectangular y uno de sección trapezoidalpara la condición de máxima eficiencia con los siguientes datos: = /, = , revestido de hormigón


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informe 01. conducciones libres

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