UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

Facultad de Ingeniería

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TERCER LABORATORIO

Coeficiente de Corrección de Coriolis y Boussinesq

Curso:

Ingeniería Hidráulica

Alumno:

Ricardo Hoyos Sánchez

Profesor

Ing. Manuel Casas Villalobos

Grupo:

2-4

Fecha:

02/04/2014

COEFICIENTE DE CORIOLIS Y COEFICIENTE DE BUSSINESQ

OBJETIVO:

Obtener mediante la experimentación los coeficientes de coriolis y el coeficiente de bussinesq, coeficientes de corrección requeridos para expresar la velocidad que varía en los diferentes puntos de sección transversal del canal a los términos de la velocidad media.

-Calcular el Caudal y la Velocidad media en secciones del canal, debido a las lecturas del correntómetro.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Canales Abiertos:

Un canal abierto es un conducto en el cual el agua, fluye con una superficie libre. De acuerdo con su origen un canal puede ser natural o artificial.

Los canales NATURALES influyen todos los tipos de agua que existen de manera natural en la tierra, lo cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas hasta quebradas, arroyos, ríos pequeños y grandes, y estuarios de mareas. Las corrientes subterráneas que transportan agua con una superficie libre también son consideradas como canales abiertos naturales.

Las propiedades hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares. En algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas razonablemente consistentes en las observaciones y experiencias reales, de tal modo que las condiciones de flujo en estos canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica.

Los canales artificiales son aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo humano: canales de navegación, canales de centrales hidroeléctricas, canales y canaletas de irrigación, cunetas de drenaje, vertederos, canales de desborde, canaletas de madera, cunetas a lo largo de carreteras etc..., así como canales de modelos de laboratorio con propósitos experimentales las propiedades hidráulicas de estos canales pueden ser controladas hasta un nivel deseado o diseñadas para cumplir unos requisitos determinados.

La aplicación de las teorías hidráulicas a canales artificiales producirán, por tanto, resultados bastantes similares a las condiciones reales y, por consiguiente, son razonablemente exactos para propósitos prácticos de diseños.

Distribución de Velocidades en una Sección Transversal

Debido a la esencia de la superficie libre y a la fricción a lo largo de las paredes del canal, las velocidades en un canal no están del todo distribuidas en su sección. La máxima velocidad medida en canales normales a menudo ocurre por debajo de la superficie libre a una distancia de 0.05 a 0.25 de la profundidad.

Principio de Energía y Momentum

a) La velocidad varía en los diferentes puntos de la sección transversal, y el resultado del integral requiere un ajuste para poderlo expresar en términos de la velocidad media en la sección. El coeficiente que permite igualar las expresiones, α ,(expresión 2), se conoce como coeficiente de Coriolis para la corrección de energía específica

1) Flujo de energía cinética total a través de la sección = ∫A

V 3

2gγdA

2) ∫A

V 3

2gγdA=¿ α Vm

3

2 gγA

3) α = ∑ V i3∆ A i

(V )3 A

b) La velocidad varía en los diferentes puntos de la sección transversal, y el resultado del integral requiere un ajuste para poderlo expresar en términos de la velocidad media en la sección. El coeficiente que permite igualar las expresiones, , (expresión 2), se conoce como coeficiente de Boussinesq para la corrección de la cantidad de movimiento.

1) Flujo total de cantidad de movimiento a través de la sección = ∫A

ρ v2dA

2) ∫A

ρ v2dA=¿ β ρ vm2dA

3) β = ∑ V i2∆ A i

(V )2 A

EQUIPO UTILIZADO:

- Correntómetro.- Canal de pendiente variable.

- Flotadores.- Cronometro.- Wincha.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:

a) Mediada de la velocidad utilizando el correntómetro

- Calibrar las unidades del correntómetro.

- Calibrar el Canal de Pendiente Variable, estableciendo el caudal y la pendiente.

- Mediar el tirante de agua.

- Seleccionar la sección, los ejes del canal y las alturas respecto al lecho del canal, en las que se van a hacer la toma de datos.

- Tomar los datos de las velocidades con el correntómetro en las secciones seleccionadas.

b) Mediada de la velocidad superficial por medio de los flotadores

- Seleccionar el tramo del canal canal donde se dará el recorrido del flotador y medir su longitud.

- Tomar el tiempo de recorrido de los flotadores.

- Repetir 4 veces el mismo recorrido de los flotadores, para hallar una velocidad superficial promedio.

- Hacer el mismo procedimiento pero ahora tomando como distancia de recorrido todo el Canal de Pendiente Variable.

TOMA DE DATOS

Datos generales:

- Caudal del canal: Q =77 m3/h - pendiente el canal = 2.1816 0/00

Medidas del correntómetro

a) Tirante de agua : h = 0.228 , pared 1 del canal

Altura toma de datos: y1 = 0.05 m

N0 ensayo Lectura del correntómetro

V (m/seg)

Velocidad Promedio V ¿

1 0.6232

0.63122 0.63043 0.6402

Altura toma de datos: y1 = 0.15 m

N0 ensayo Lectura del correntómetro

V (m/seg)

Velocidad Promedio V ¿

1 0.6315

0.63282 0.62.573 0.6413

b) Tirante de agua : h = 0.224 , pared 2 del canal

Altura toma de datos: y1 = 0.05 m

N0 ensayo Lectura del correntómetro

V (m/seg)

Velocidad Promedio V ¿

1 0.5680

0.56282 0.55623 0.5643

Altura toma de datos: y1 = 0.15 m

N0 ensayo Lectura del correntómetro

V (m/seg)

Velocidad Promedio V ¿

1 0.5885

0.58932 0.57893 0.6006

c) Tirante de agua : h = 0.224 , centro del canal

Altura toma de datos: y1 = 0.125 m

N0 ensayo Lectura del correntómetro

V (m/seg)

Velocidad Promedio V ¿

1 0.6675

0.64612 0.66303 0.6079

Altura toma de datos: y1 = 0.224 m

N0 ensayo Lectura del correntómetro

V (m/seg)

Velocidad Promedio V ¿

1 0.70000.69982 0.6997

Medidas de los flotadores

a) Distancia recorrida: d = 2.38 m

N0 ensayo Tiempo de recorrido

t (seg)

Velocidad

V ¿

Velocidad Promedio V ¿

1 6.00 0.3967

0.43052 5.10 0.46673 5.54 0.42964 5.55 0.4288

b) Distancia recorrida: d = 15.00 m

N0 ensayo Tiempo de recorrido

t (seg)

Velocidad

V ¿

Velocidad Promedio V ¿

1 33.32 0.4502

0.46442 31.83 0.47133 31.80 0.4717

CALCULOS Y RESULTADOS

1) Velocidad media en la pared 1 del canal , Tirante de agua : h = 0.228 cm

Vm = 0.45 m/s

2) Velocidad media en la pared 1 del canal Tirante de agua : h = 0.224 cm

Vm = 0.39 m/s

3) Calculo del área mojada

h1 = 0.224m h2 = 0.228

N0 Base mayorB

Base menorb

h (B+b)2

hÁrea mojada

total (m2)A1 0.2244 0.2240 0.03 0.0067

0.0677A2 0.2260 0.2244 0.12 0.0270A3 0.2276 0.2260 0.12 0.0272A4 0.2280 0.2276 0.03 0.0068

4) Calculo del Caudal ( Q )

VelocidadV (m/seg)

Area MojadaA (m2)

CaudalQ (m3/seg)

Caudal totalQ (m3/seg)

0.00 0.0067 0.0000

0.02270.39 0.0270 0.01050.45 0.0272 0.01220.00 0.0068 0.0000

5) Velocidad media ( V m/seg)

V = Q total

Areamojada

V = 0.02270.0677

V=¿0.3353 m /seg

6) Coeficiente de Coriolis

VelocidadV (m/seg)

Area MojadaA (m2)

V 3 (m/seg) Ax V 3

0.00 0.0067 0.0000 0.00000.39 0.0270 0.0593 0.00160.45 0.0272 0.0911 0.00250.00 0.0068 0.0000 0.0000

α=∑ V i3∆ A i

(V )3 A

α=0.0016+0.0025

(0.3353)3 x0.0677

α=0.0041

(0.3353)3 x0.0677

α=1.61

7) Coeficiente de Bussinesq

VelocidadV (m/seg)

Area MojadaA (m2)

V 2 (m/seg) Ax V 2

0.00 0.0067 0.0000 0.00000.39 0.0270 0.1521 0.00410.45 0.0272 0.2025 0.00550.00 0.0068 0.0000 0.0000

β=∑ V i2∆ A i

(V )2 A

β=0.0041+0.0055

(0.3353)2 x0.0677

β=0.0041

(0.3353)3 x0.0677

β=1.26

8) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES - De los gráficos se concluye que la velocidad media en las secciones del canal se

encuentra en el rango 0,6 h < Vm < 0.8 h, donde h es el tirante de agua.

- Debido al cambio del caudal del canal, también cambian los tirantes de agua, por ello las secciones del canal se dividen en sub aéreas para obtener una aérea mojada más exacta y hallar un caudal con valores correctos.

- Las irregularidades de las secciones en un canal y la presencia de la presión atmosférica en la superficie del espejo de agua nos obliga a tomar medidas de la velocidad con el correntómetro en diferentes ejes del canal.

- Obteniendo el factor de corrección de Coriolis, α=1.61 podemos hacer la corrección de energía específica, para hallar los valores, más cercanos a la realidad, de la velocidad media en la sección del canal.

- Obteniendo el factor de corrección de Bussinesq, β=1.26 podemos hacer la corrección de la cantidad de movimiento, para hallar los valores, más cercanos a la realidad, de la velocidad media en la sección del canal.

9) RECOMENDACIONES

La tomada de datos en este ensayo es muy susceptible al error humano, por ello se recomienda ser muy cuidados al efectuar la manipulación de los instrumentos como:

- Verificar la calibración del correntómetro.- Lanzar los flotadores adecuadamente.- Obtener una verdadera medida del tirante de agua.- Tomar con exactitud el tiempo de recorrido de los flotadores.

10) ANEXO

MATERIAL Y EQUIPO

-Canal de pendiente variable:

- El correntómetro o corrientímetro :

- Cronometro

-Wincha:

-Muestras de tecnopor

Tomada de datos con los correntómetros

BIBLIOGRAFÍA:

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:nupLgciAFpcJ:fluidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado/boussinesq.htm+COEFICIENTE+DE+BUSINESQ&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=pe

http://atenea.unicauca.edu.co/~hdulica/ayudas_flibre.pdf

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:1P3e8-ckgtAJ:fluidos.eia.edu.co/hidraulica/confinado/coriolis.htm+coeficiente+de+coriolis&cd=3&hl=es&ct=clnk&gl=pe