Informe De Hidráulica

RESUMEN

En la visita al laboratorio se realizaron los cálculos de caudales mediante el aforo superficial (bola de icopor), y aforo volumétrico (caudalímetro), teniendo una pendiente del 3%. El resultado obtenido por medio del aforo superficial, fue un caudal de 1,9 L/s, con un margen de error del 26,6%; mientras que por medio del aforo volumétrico se obtuvo un caudal de 1,6 L/s, con un margen de error de 6,6%.

Para determinar las variaciones de las características del flujo, se emplearon las ecuaciones de Manning, de Energía específica, y de Bernoulli, las cuales se enunciarán más adelante. Con ellas se logró determinar los fenómenos que se presentaron en el flujo a medida que se le implementaban diferentes tipos de aforadores (vertederos y compuertas).

INTRODUCCIÓN

El agua como elemento fundamental para el desarrollo de los seres humanos ha sido indispensable para el crecimiento de la sociedad, por lo tanto, a medida que el tiempo ha transcurrido, y nuevas herramientas se han encontrado, entender su comportamiento hidráulico se ha convertido en algo fundamental para la generación de más avances.

El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujo son similares en varios aspectos, pero se diferencian en un aspecto importante. El flujo en los canales abiertos debe tener superficie libre, mientras que el flujo en una tubería no la tiene, debido a que en este caso el agua debe llenar completamente el flujo. El flujo en un canal abierto, al presentar superficie libre, está sometido a presión atmosférica (Chow, 1994).

En un canal abierto las condiciones del flujo pueden sufrir cambios en el tiempo, tanto en la posición de la superficie libre, como en la profundidad del flujo, caudal, pendientes tanto del fondo del canal, como de la superficie libre. En general sus condiciones físicas son variables (Chow, 1994)

Al surgir la necesidad de desarrollar proyectos hidráulicos empleando el conocimiento de la hidráulica de canales abiertos se ha convertido en indispensable el conocimiento de su comportamiento. Los desarrollos han avanzado mediante pasos y saltos, y es fundamental que para nuestra formación como ingenieros, que entendamos el comportamiento del agua en estas estructuras.

El informe detalla una visita al laboratorio de hidráulica de la Universidad del Valle, mediante la cual se buscó interactuar con el comportamiento del agua en un canal abierto, sometiéndola a condiciones específicas y generar una leve idea de lo que en campo se puede presentar, por medio de simulaciones implementando diferentes tipos de aforadores, y llevando los conocimientos previos adquiridos en clase, para afianzar el conocimiento de una mejor manera.

OBJETIVOS

Objetivo general: Calcular por medio de aforo volumétrico y superficial, el caudal experimental que pasa por el canal artificial abierto.

Objetivos específicos:

Observar las variaciones que se presentaron en las características del flujo, a medida de la implementación de diferentes elementos aforadores.

Comparar los resultados de los caudales obtenidos por los dos tipos de aforo.

Determinar las razones por las que se presentaron los fenómenos en el flujo (salto hidráulico, remanso).

MARCO TEÓRICO

MÉTODOS DE AFORO

Flotadores

Cronometrando la velocidad de un objeto que flota se puede realizar aforos rápidos y económicos. No obstante, la velocidad así calculada ha de ser reducida puesto que es mayor que la velocidad media de la corriente. El factor de corriente influenciado por el rozamiento, la forma del canal y la profundidad de la corriente. El caudal se calcula a partir de la velocidad media “Vm” y de la sección transversal de la reguera “S” según la expresión (Nieto, 1980):

C = S . Vm (Ecuación 1. Caudal por flotadores).

El error en estos aforadores es del 10%.

Imagen 1. Método de aforo con flotador

Canaleta Parshall

Es un medidor que incluye en los medidores de régimen crítico, fue idealizado por R. L. Parshall, ingeniero del servicio de riego del departamento de agricultura de los Estados Unidos. Consiste en una sección convergente, una sección estrangulada o garganta y una sección divergente dispuesta en planta, como se muestra en la imagen 2.

Las canaletas Parshall son características por su anchura de la sección de la garganta: así, un “Parshall” de 9 pulgadas mide 0,23 m en una sección transversal menor. Fondo, el nivel de la primera sección esta inclinada la garganta, con una inclinación de 9 vert : 24 horiz, cualquiera que sea el tamaño.

La sección divergente o fondo tiene un declive ascendente en el fondo de razón 1 vert : 6 horiz. En el caso de los medidores de 1 a 8 pies. Para estos medidores la diferencia de nivel entre aguas arriba y aguas abajo es de tres pulgadas (7,6 cm). Los medidores empleados son de 3 pulgadas y el mayor construido mide 50 pies y tiene una capacidad de 85.000 litros/seg (De Azebedo, 1961).

Imagen 2. Canaleta Parshall.

Rotámetro

Funcionamiento: El fluido entra en el fondo del tubo y al fluir hacia arriba, ejerce una fuerza sobre el flotador y lo arrastra. Conforme el flotador asciende hacia el extremo más amplio del tubo, se abre un pasaje anular entre la pared interna del tubo y la periferia del flotador. Esto forma una abertura concéntrica a través de la cual pasa el fluido. Cuando la fuerza hacia arriba sobre el flotador es igual a la fuerza gravitacional que actúa hacía abajo sobre el mismo, éste se detiene en algún punto dentro del tubo y el flotador entonces descansa en equilibrio dinámico. Un aumento adicional en la velocidad de flujo hará que el flotador ascienda todavía más dentro del tubo y una reducción en el flujo hará que descienda a un nivel inferior (López y Ramón, 2007)

Imagen 3. Rotámetro.

Vertederos

Un vertedor es una estructura hidráulica consistente en una placa o muro sobre el cual fluye líquido a superficie

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