HIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE HIDRULICA 1 Prctica # 2 Tema: MEDICIN DE VELOCIDADES EN UN CANAL MEDIANTEEL TUBO PITOT Nombre: JORGE LUIS SUNTAXI TIPAN HIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional TERCER SEMESTRE SEPTIEMBRE 2011 ENERO 2012 INFORME DE LABORATORIO DE HIDRULICA PRACTICA #3 TEMA: MEDICIN DE VELOCIDADES EN UN CANAL MEDIANTE EL TUBO PITOT 1.Introduccin 2.Objetivos 3.Marco Terico 4.Informacin Bsica (en esta seccin deben enumerarse lo datos obtenidos en el laboratorio, por ejemplo para la primera prctica tenemos Calado (m), Diferencial de presin (delta h) de la placa orificio y pendiente.) 5.Metodologa (en esta parte debe detallarse como se realiz la prctica) 6.Presentacin de resultados (como ya saben, en esta parte adems de las tablas con los resultados debe incluirse un clculo detallado, especificando las frmulas utilizadas) 7.Consulta ampliatoria (en esta parte deben responderse a las preguntas planteadas en el instructivo para la prctica) 8.Conclusiones 9.Recomendaciones 10. Bibliografa (en esta deben incluirse no solo pginas del internet, sino tambin libros consultados) 1. OBJETIVOS: HIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional Demostrar la validez de los mtodos empleados en la determinacin de la velocidad media y del caudal. Aforar un canal mediante el uso del Tubo Pitot. Determinar la distribucin de velocidad en una seccin de canal. 2. INTRODUCCIN: En esta prctica se proceder a determinar diferentes mediciones de velocidades a diferentes alturas desde el fondo del canalhastalasuperficielibre,luegosedeterminaracaudalesenelcanalhidrodinmico,ytambinseprocedera determinar los valores de los coeficientes de energa y de cantidad de movimiento, y respectivamente.3. SNTESIS TERICA: La velocidad media puede ser obtenida por medicin de las velocidades en puntos predeterminados en la seccin transversal, por medio del micromolinete. Para la medicin de la velocidad el movimiento del agua causar rotacin de la hlice. La rotacin del eje causar la abertura o cerramiento de contactos de un circuito de bajo voltaje que es transmitido a un contador digital. La velocidad de rotacin as obtenida es la medida de la velocidad en el punto de medicin. Siseconsideraelmovimientoenunflujosobreunafronteraslidafija,dondelas partculassemuevenenlneasrectasparalelas,sepuedesuponerqueelflujose produceenformadecapasolminasdeespesordiferencialcuyasvelocidades varanconladistanciaynormaladichafrontera.Deacuerdoconelperfilde velocidades que se indica, es claro que el esfuerzo cortante generado entre fluido yla pared es mayor al que hay entre las capas de fluido adyacente. Estecomportamientocorrespondealcomportamientodelosflujosllamados newtonianos. Segn Newton, el esfuerzo tangencial que se produce entre dos lminas separadasuna distancia dy, y que se desplazan con velocidades (v) y [v + (v/y) dy], bale: De acuerdo con dicha ley, el esfuerzo tangencial es proporcional al gradiente transversal de velocidades v/y. La constante de proporcionalidad es magnitud caractersticade la viscosidad del fluido y se conoce como viscosidad dinmicao simplemente,viscosidad. Una vez determinada la velocidad media en cada una de las verticales consideradas, se determina la velocidad media de la seccin total V, que permite calcular el caudal mediante la expresin: Distribucin de Velocidades en una Seccin de Canal Debido a la presencia de la superficie libre y a la friccin a lo largo de las paredes del canal, las velocidades no estn uniformemente distribuidas en su seccin. Para el estudio de la distribucin de las velocidades se consideran dos secciones:a)Seccin transversal: La resistencia ofrecida porlas paredes y por el fondo del canal, reduce la velocidad. En la superficie libre, la resistencia ofrecida por la atmsfera y por el viento (aunque esteltimo tiene muy poco efecto) tambin influye sobre la velocidad. La velocidad mxima medida en canales ser encontrada en la vertical (1) (central) Figura 3-5, por debajo de la superficie libre a una distancia de 0.05 a 0.25 de la profundidad. A V Q * =yvcc= tHIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional b)Seccin longitudinal: En la Figura 3-6 se muestra la variacin de la velocidad en las verticales (1), (2) y (3), indicadas anteriormente. Considerndose la velocidad media en determinada seccin como iguala 1.0, se puede trazar el diagrama de variacin de la velocidad con la profundidad (Figura 3-7). La distribucin de velocidades en una seccin de canal depende tambin de otros factores, entre ellos la forma inusual de la seccin, la presencia de curvas a lo largo del canal,etc. En una curva, la velocidad se incrementa de manera sustancial en el lado convexo, debido a la accin centrifuga del flujo.En la Figura 3-8 se muestra el modelo general de la distribucin de velocidades para varias secciones horizontales y verticales en un canal con seccin rectangular y las curvas de igual velocidad de la seccin transversal. HIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional Los modelos generales para la distribucin de velocidades en diferentes secciones de canal se muestran en la Figura 3-9. 4. PRUEBAS A REALIZARSE: Encontrarlasvelocidadesmediasencadaseccinporcadaunodelosmtodosestablecidos(1punto,2 puntos, 3 puntos, 5 puntos). Determinar la curva de distribucin de velocidades a lo largo del ancho del canal. 5. INSTUMENTOS: Canal hidrulico Cinta mtrica Tubo Pitot con la hlice correspondiente al rango de revoluciones. Limnmetro Manmetro 6. PROCEDIMIENTO: a)Encender el mecanismo del canal hidrulico y fijar un caudal con la vlvula de la compuerta situada antes del tanque uniformizador de caudal. HIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional b)Medir el nivel de calado con el Limnmetro y la diferencia de presiones en el manmetro conectado al canal. c)Arme el micromolinete cuidadosamente, escoger la seccin transversal donde se trabajara y dividirla a esta en 3 partes poder tomar los datos. d)Coloque la hlice a la profundidad que determina el mtodo a usarse cada(0.2h, 0.6h, 0.8h, en el fondo y en la superficie) respectivamente. e)Colocar el micromolinete con la hlice perpendicular a la seccin transversal de flujo y dirigido hacia aguas arriba. f)Proceder en forma similar para la determinacin de la velocidad en los diferente puntos de las tres verticales consideradas. 7. RESULTADOS OBTENIDOS: 00.050.10.150.20.250.30.14000 0.19000 0.24000Y Velocidad Y vs Velocidad (Seccin 1) Y vs Velocidad00.050.10.150.20.250.30.14000 0.19000 0.24000Y Velocidad Y vs Velocidad (Seccin 2) Y vs Velocidad00.050.10.150.20.250.30.14000 0.19000 0.24000Y Velocidad Y vs Velocidad (Seccin 3) Y vs VelocidadHIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional 8. CONCLUSIONES: 1)Laviscosidadeslaquecausalosesfuerzoscortantesenfluidosenmovimientoyesunodelosmedios mediante el cual se desarrollan prdidas. 2)Tericamenteasumirelvalorigualauno,soloocurreenflujosturbulentos,generalmenteentramos pequeos de control de volumen, as que si se pueden despreciar las prdidas ya que no son significativas con respecto a los dems valores. 9. CONSULTA AMPLIATORIA: 1.Que otros procedimientos existen para la obtencin de las velocidades de flujo en canales? Medidores de flujoultrasnicosEste medidor tiene grandes ventajas porque no es necesario entrar al tubo o canal para realizar la medicin. Esto ocurre al adjuntar un generador ultrasnico al exterior del tubo y se transmite una seal de alta frecuencia a travs de la pared y de la corriente de flujo, por lo comn con un ngulo agudo respecto al eje de la tubera, dando un valor de velocidad. El tiempo que tarda esta seal en atravesar la tubera depende de dicha velocidad del fluido. Anemmetro de alambre caliente. Utilizaunalambremuydelgadoalrededorde12mdedimetro,atravsdelcualpasaunacorrienteelctrica,el alambresesuspendesobredosapoyosytiendeacalentarsedebidoalacorrientequefluyeal,unavariacinde velocidadocasionauncambiodetemperaturaenelalambrecambiandolaresistencia.Lamedicinelectrnicadel cambio de la resistencia se relaciona con el cambio de velocidad del flujo. 2.Cmo varia la velocidad a medida que el calado Y aumenta hasta llegar a la superficie libre? Lavelocidadvaraenformaparablica(noesparablica,espotencial)debidoaqueelefectodelaviscosidades variable, y este aumenta a medida que el calado aumenta. 3.Qu pasa con el esfuerzo cortante en el fondo del canaly que valor de velocidad se tiene? El esfuerzo cortante tiene un valor mximo en el fondo, dando como resultado una velocidad igual a cero en ese punto. 4.Calcule, los coeficientes de energa y de cantidad de movimiento. A VA v33A= oA VA v22}A= |HIDRULICA INGENIERA CIVIL Escuela Politcnica Nacional Es una velocidad puntual por un rea, por ejemplo: Velocidad en la superficie de la seccin 1, el rea ser igual a 15 por unaalturaycomprendidadesdelasuperficiedelflujoigual0.1d(d:caladodelflujo)yaqueseextenderahastala mitad de la distancia de la siguiente velocidad puntual. =1,494 De igual forma con el valor de |. = 1,492 5.Delresultadodesusobservacionesyconsultas,sugieraalgnmtodoparalamedicinde velocidades. Podemosdecirquedelosmtodosquehemosobservadoyconsultadoelmsprecisoeselusodelmolineteomicro molinete, ya que es el ms fcil de usar y simplemente se debe tener cuidado al momento decolocarlo en la posicin correcta dentro del canal para no obtener valores errneos que afecten nuestro trabajo. 6.Realice un estudio comparativode los tres perfiles obtenidos durante la experiencia tanto en planta como en perfil. Sobre lo grficos del perfil se puede decir que se encuentra apegados a la teora estudiada, aunque existieron algunos errores en la toma de datos, ya que segn el grfico en la vertical 3 existe una mayor velocidad en los lados que en el centrodelcanalyestonoescierto;peroenloquerespectaalperfildevelocidadesmediastantoenperfilcomoen planta se puede decir que dichos grficos responden apropiadamente a la realidad. 10. BIBLIOGRAFA: - Hidrulica General Volumen 1, Sotelo Gilberto, Editorial Limusa, Mxico, 2003 - http://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metro_diferencial - http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/02/distribucion-de-velocidades-en-una.html 0,101 * ) 0,025 (3 * 0,0253 * (0,27^3) + 0,0253 * 2 * (0,3^3) + 0,0253 * (0,27^3)3= o0,101 * ) 0,025 (3 * 0,0253 * (0,27^2) + 0,0253 * 2 * (0,3^2) + 0,0253 * (0,27^2)2= |