Datos Experimentales Cálculos Análisis de resultados

Introducción

Para este ensayo se hace el análisis de del flujo en un canal abierto, el cual se define como un conducto por el que circula o es conducido un fluido sobre una superficie expuesta a la atmósfera. Este tipo de canales se pueden encontrar en la naturaleza como arroyos y ríos, también pueden ser construidos artificialmente por el ser humano y los podemos encontrar como acueductos o canales. Por lo general el flujo que es conducido por estos canales suele tener propiedades turbulentas y se considera que la tensión superficial no afecta. En este ensayo estudiamos específicamente canales con secciones rectangulares en donde es posible calcular la energía específica, además, podemos hallar un tirante donde el flujo agua va en dirección a la zona de menor energía.

En esta práctica se busca determinar de manera experimental la forma en la que se relaciona la energía específica y la cabeza en aguas arribas para agua que fluye bajo la compuerta. La energía especifica dependerá únicamente del caudal y las propiedades geométricas del canal. La curva de energía específica es una representación gráfica entre la profundidad de flujo y la energía específica.

Objetivos

• General

Determinar la relación entre la energía específica y la cabeza aguas arriba para el flujo bajo una compuerta.

• Especifico

Comprobar de manera práctica que el caudal se mantendrá constante en un canal abierto en el que varía el área por disposición de una compuerta.

Marco Teórico

La energía específica es definida en el libro de Hidráulica de canales abiertos de Ven Te Chow, como la energía por peso de agua en cualquier sección de una canal, medida con respecto al fondo de este, lo que se expresa con la siguiente fórmula:

[pic 1]

Y si el canal tiene pendiente pequeña:

[pic 2]

En términos de caudal:

[pic 3]

Con estas se entiende que la energía específica se calcula con la suma entre la profundidad del agua más la cabeza de velocidad. Si la velocidad se toma como V=Q/A, la energía pasa a ser solo función de la profundidad y si se hace una gráfica de ello, se obtiene la siguiente:

[pic 4]

Ilustración 1 Curva de energía específica (Tomada de libro de Ven Te Chow)

La ilustración 1 muestra que para cada valor de caudal existe una gráfica diferente y para cada valor de energía específica existe en el canal dos posibles profundidades (y), una en estado supercrítico y una en estado subcrítico (la primera más baja que la otra). El punto o valor mínimo que toma la curva representa el estado crítico de flujo, es decir que dE/dy=0, por lo que:

[pic 5]

Para distinguir entre los tipos de flujo, se hace necesario el cálculo del número de Froude:

 Equipamiento

• Armfiel C4-MkII canal
• Compuerta ajustable
• Armfiel F1-10 banco hidráulico
• Cronómetro

Procedimiento

• Preparas y configurar los equipos de laboratorio tales como el canal y el drenaje de banco de prueba.
• Para el ensayo se necesita un caudal constante para lo que se abre la válvula del banco de prueba.
• Verificar que los aparatos de medición como reglas y demás estén calibrados y debidamente ajustados para la toma de datos.
• Abrir la compuerta a alturas que van de 4 a 9 mm.
• Tomar los datos de las profundidades  y , y caudal.[pic 6][pic 7]
• Realizar cálculos necesarios.

Datos Experimentales

Cálculos

Análisis de resultados

¿Cómo es la profundidad crítica yc afectada por el caudal Q?

La profundidad crítica  es una profundidad única donde podemos especificar la energía crítica, en la gráfica de profundidad vs energía especifica podemos encontrar la profundidad crítica en el punto de deflexión de la curva, esta profundidad y energía crítica corresponde a un caudal definido, si el caudal varía la profundidad crítica varía con este. [pic 8]

¿Cómo sus valores calculados de Ec concuerdan con los puntos correspondientes de

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