Hidraulica En Canales

Jorge Acevedo, Emanuel Arregoces, Juan Ascencio, Miguel Nieto

Ing. Bladimir Salcedo.

Facultad de ingeniería, Programa de ingeniería civil.

Laboratorio de Hidráulica. Barranquilla 27-09-2013

1. Resumen

En esta experiencia se podrá observar el comportamiento del flujo de un canal abierto aplicando un caudal constante cuando es sometido a cambios de inclinación y este podrá observarse por medio de una gráfica donde se relaciona energía específica y la profundidad del canal, y atravez de esta grafica podemos observar el flujo en su estado crítico que es cuando el número de froud es 1, también existe otro estado del flujo que se puede apreciar, es el estado supercrítico cuando la profundidad es más baja que la crítica y cuando es más alta se le denomina flujo subcritico.

Abstract

2. Introducción

En los canales abiertos a menudo existen cambios en el estado del flujo estos cambios se manifiestan por un cambio en la profundidad del flujo estos cambios dependen del lapso de tiempo en que sucedan, en ingeniería es muy importante analizar variación del cambio de flujo porque es una problemática que el ser humano ha tenido siempre el control adecuado de una de las materias prima y primordial que usa el hombre como el agua claro que este estudio aplica para muchos campos de la ingeniería y este es aplicable a diferentes fluidos del cual se pueda beneficiar el hombre.

3. Objetivos

Objetivo General:

• Determinar la energía especifica del agua en una sección de un canal con respecto al fondo de este.

Objetivos Específicos:

• Establecer las relaciones existentes entre la altura del flujo con respecto a la inclinación del canal.

• Evaluar el comportamiento de flujos clasificándolo como crítico, subcrítico y supercrítico.

3. Fundamentos Teóricos

En hidráulica se presentan diferentes tipos de flujos, los cuales se dan debido a distintos aspectos tales como la profundidad del flujo, la energía, las fuerzas viscosas e inerciales, entre otros.

En esta experiencia estudiaremos como se presenta la profundidad critica y la energía especifica en un canal abierto de sección rectangular, para conocer esto debemos definir primero que es profundidad crítica y la energía especifica.

La energía especifica fue un concepto desarrollado en 1912 por Bakmeteff, esta se desarrolla a partir de la ecuación de Bernoulli ( , para la eneriga especifica se toma Z= 0 ya que este se toma el punto dee referencia en el fondo del canal, y se iguala a Y que es la profundidad hidráulica, esto por que sabemos que al ser un canal abierto presenta la influencia de la presión atmosférica; quedándonos la energía especifica como .

La profundidad crítica es aquella altura de flujo en la cual el flujo presenta su punto crítico, es decir aquel en el cual el fluido es critico debido a que su energía especifica es mínima y su numero de Froude es igual a 1, siendo el numero de Froude igual a si esa profundidad crítica se aumenta el fluido pasa de critico a subcritico y si se disminuye el fluido se convierte en supercrítico.

Entonces para conocer el comportamiento del fluido en relación de su energía especifica y su profundidad hidráulica, graficamos VS Y.

Esa grafica se conoce como la curva de energía específica en la cual el punto mas cercano al eje Y será donde se presenta energía minino, es decir la profundidad hidráulica critica.

Esta profundidad se puede calcular con ayuda de una formula esta se hace derivando la ecuación de la energía especifica con respecto Y e igualando esa derivada a 0 para hallar el mínimo, luego se hacen ciertos despejes para encontrar la profundidad crítica con respecto a la sección geométrica del canal.

En este caso para un canal rectangular nos quedaría:

Con esta fórmula solo se necesita conocer la base del canal y el caudal que pasa por dicho canal.

5. Equipos Utilizados

• CANAL BASCULANTE ARMFIELD

Descripción: Canal de sección rectangular de 7.6 X 25 cm y 5 m de largo. Hecho de paredes en acrílico transparente, de pendiente variable de 1 en 25 en pendiente positiva y de 1 en 100 en pendiente negativa, con sistema de recirculación de fluido (agua) que maneja entre 50 y 125 litros/minuto y varias formas de medir caudal entre las que se encuentra un rotámetro, vertederos de pared delgada, aforo volumétrico. Sirve para la visualización de fenómenos utilizando vertederos de pared gruesa, compuertas, Venturi, aliviadero de sifón y presa, etc.

Figura 2. Equipo de canal basculante Armfield.

• BANCO HIDRÁULICO

Es un equipo que está diseñado como mesa de trabajo en donde se pueden utilizar muchos equipos para diversas experiencias de laboratorio, donde es necesario el caudal. El equipo cuenta con dos depósitos volumétricos de diferentes tamaños para tomar la medida de pequeños y grandes caudales con una gran exactitud. El agregar los demás equipos al banco hidráulico es muy fácil y ágil.

Figura 3. Banco hidráulico

• EL CRONOMETRO

El cronometro digital es un elemento muy utilizado en laboratorio, es una forma fácil de tomar los tiempos exactos con solo presionar un botón, en donde en su pantalla se observa la fracción que indica la unidad de medida y la cifra de tiempo que indica las mediciones máximas de tiempo transcurrido.

Figura

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