Experiencia N 1Flujo Permanente UniformeObjetivos: Determinar el tirante normal en un flujo uniforme Hallar la rugosidad correspondiente al canal de pendiente variable

Fundamento terico:Para que se desarrolle el flujo uniforme el ngulo debe ser pequeo (en canales abiertos generalmente la pendiente es pequea y=h/cos es pequeo cos1 y h

En flujo uniforme: SE= SW= S0= S

S = tg = es pequeo L S=

hf: disipacin perdida de la energa en el tramo L. Las condiciones ligadas al flujo permanente Uniforme se denominan normales, yn: tirante normal, V: velocidad normal, S: pendiente normal

Solo para efectos de simplicidad de clculos se asume que el flujo en canales y ros es uniforme, ya que es poco frecuente esta condicin de uniformidad.

Ecuaciones de velocidad:

Q=VA Ec. De continuidad para flujo permanente, uniforme y unidimensional.Rh=A/P Radio hidrulico Ec. de Darcy-Weisbach, frmula universal de la prdida de carga.

Ecuacin de Chezy: , donde o

Ecuacin de Darcy y C-W:

Ecuacin de Manning:

Todas estas ecuaciones de velocidad se reemplazan en la ecuacin de continuidad Q=AVEnsayo:1) Para realizar el experimento se tomo un caudal constante de 0.00789 m3/s2) Antes de empezar la medicin del tirante tomamos una pendiente para todo el canal3) Con la ayuda de un wincha medimos al altura del tirante 4) Se cambia el valor de la pendiente y volvemos a medir el tirante.

Midiendo altura de tirante

Midiendo el caudal

Clculos y Preguntas:a) Aplicar la ecuacin de Manning para flujo uniforme y calcular el valor de la rugosidad terica nt, compararla con el valor real

El valor de Manning obtenido en tablas (vidrio de laboratorio): 0,011

b) Aplicar la ecuacin de Darcy y C-W para flujo uniforme y calcular el valor de la rugosidad terica kt, compararla con el valor real.*Usando los datos de la tabla anterior y reemplazndolo en la frmula de DarcySe obtiene un k= 0.000624757 m

Valor de k, de la ecuacin de Darcy, obtenida en tablas: 0.0015 mmc) Aplicar la ecuacin de Chezy para flujo uniforme y calcular el valor de la rugosidad terica kt, compararla con el valor real.*Usando los datos de la tabla anterior y reemplazndolo en la frmula de ChezySe obtiene un k= 0.000165538 m

Valor de k, de la ecuacin de Chezy, obtenida en tablas: 0.0015 mm

Conclusiones: Los valores tericos calculados son diferentes a los valores reales, debido a que no se aplicaron las medidas exactas. Por ejemplo, se asumi un caudal con un promedio de tiempos cada 0.1 m3.

Se debe considerar tambin los errores de medicin (falla humana) y limitaciones del laboratorio, es decir, probablemente las medidas con las que ha sido diseado el canal del laboratorio no son precisas, o a sufrido desajustes con el tiempo

Probablemente el tirante no es constante a determinada pendiente (es una IDEALIZACION que el tirante sea constante a determinada pendiente).

Probablemente la viscosidad del lquido ya no debe considerarse como viscosidad del agua pues se le ha agregado UN COLORANTE que debe tener su propio peso especfico y caractersticas hidrulicas.

El valor real se halla aplicando coeficientes de rugosidad de tablas; sin embargo, el valor terico se halla utilizando los parmetros promediados, los cuales probablemente no son del todo correctos y por ende, no son exactos.

Aunque no sean exactos, se puede inferir que al ser 0,0015 mm un valor muy pequeo; el material es hidrulicamente liso; casi no ofrece resistencia ni se generan turbulencias como sucedera con un canal de FIERRO FUNDIDO con 0,26 mm de rugosidad absoluta.

Es as como se podra interpretar, tal vez un poco forzadamente, los valores NEGATIVOS obtenidos como coeficientes de rugosidad, serian tan pequeos que realmente no afecta mucho como lo hara un material con mayor rugosidad.

Considerar tambin que el canal es muy pequeo, el caudal es muy bajo, el tirante es muy bajo. Son datos muy pequeos en magnitud. Esto tambin puede contribuir a que los clculos sean tan pequeos y estn en la frontera de los negativos con positivos.

Experiencia N 2Resalto Hidrulico y Energa EspecficaObjetivos:Determinar los tirantes conjugados del resalto hidrulicoHallar la longitud del resalto hidrulicoCalcular el tirante crticoDeterminar la Energa Especfica del resalto hidrulicoFundamento Terico:Los saltos hidrulicos ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensin del canal. Este puede producirse en cualquier canal, pero en la practica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal, ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difcil de analizar tericamente. El salto hidrulico puede tener lugar ya sea, sobre la superficie libre de un flujo homogneo o en una interfase de densidad de un flujo estratificado y en cualquiera de estos casos el salto hidrulico va acompaado por una turbulencia importante y una disipacin de energa. Cuando en un canal con flujo supercrtico se coloca un obstculo que obligue a disminuir la velocidad del agua hasta un valor inferior a la velocidad crtica se genera una onda estacionaria de altura infinita a la que se denomina resalto hidrulico, la velocidad del agua se reduce de un valor V1 > C a V2 < C, la profundidad del flujo aumenta de un valor bajo Y1 denominado inicial a un valor Y2 alto denominado secuente.Resalto en canales rectangularesPara un flujo supercrtico en un canal rectangular horizontal, la energa del flujo se disipa a travs de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso en la velocidad y un incremento en la profundidad en la direccin del flujo. Un resalto hidrulico se formara en el canal si el numero de Froude (F1) del flujo, la profundidad del flujo (Y1)y la profundidad (Y2) aguas abajo satisfacen la ecuacin:Y2/Y1 = 1/2 [(1 + 8 F12)1/2 - 1]

Nmero de Froude:El nmero de Froude en canales abiertos nos informa del estado del flujo hidrulico.1 El nmero de Froude en un canal se define como:2

- velocidad media de la seccin del canal [m/s]- Profundidad hidrulica () [m]. Siendo A el rea de la seccin transversal del flujo y T el ancho de la lmina libre.- aceleracin de la gravedad [m/s]En el caso de que:Sea el rgimen del flujo ser supercrticoSea el rgimen del flujo ser crticoSea el rgimen del flujo ser subcrtico

Energa Especfica:La energa por unidad de peso en una seccin de un canal, con respecto a un nivel de referencia arbitrario es:

ENERGIA ESPECIFICA PARA CAUDAL CONSTANTE:Para el caso de caudal constante (Q=cte.), es posible graficar la relacin E vs y. Para ello, basta con observar que en la expresin de la energa especfica, el rea es una funcin del tirante y el caudal tiene un valor fijo. De esta forma, resulta la llamada curva de energa especfica, en la cual, para cualquier valor de E>Emin se tiene dos tirantes alternos, correspondientes a regmenes de flujo diferentesTirante Crtico para un Canal Rectangular:Para el caso particular de canal rectangular y considerando el coeficiente de Coriolis aproximadamente igual a la unidad (=1), es posible determinar que:

donde q es el caudal por metro de ancho o caudal especfico. Ensayo:1) Manteniendo una pendiente constante, medimos un caudal2) Medimos la longitud del resalto hidrulico3) Medimos la altura del tirante antes y despus del resalto hidrulico

Resalto Hidrulico

Clculos y Preguntas:a) Calcular los nmeros de Froude (F1 y F2) correspondientes a los tirantes conjugados y1 e y2, para cada prueba

En este caso existe una incongruencia con los valores obtenidos en laboratorio, ya que el y1=0.034m debiendo ser el tirante menor conjugado sin embargo es el conjugado mayor si se aplica la frmula de resalto hidrulico para secciones rectangulares saliendo de este modo y2=0.0014. (Se comprob con el HECRAS)

*Qu determina el Nmero de Froude en cada tirante conjugado?Nos informa el estado del flujo hidrulico, es decir: si Fr mayor 1 el rgimen del flujo es supercrtico. Si Fr = 1 ser critico y si el Fr es menor a 1 el flujo ser suscritico

b) Mediante la ecuacin de resalto hidrulico en seccin rectangular, calcular los valores tericos del tirante conjugado mayor en base al tirante conjugado menor.

*Comparen ambos valores, calculen el error y escriban sus comentarios

Los valores de error obtenidos son notablemente grandes, pueda que se deba a errores de medicin.

c) Calcular el valor terico de la longitud del resalto (L) y clasificar el Resalto Hidrulico en funcin del F1, mediante el diagrama del USBR

d) Calcular el tirante crtico (yc) en metros, para cada caudal

e) Calcular la Energa Especfica (E1 y E2) correspondientes a los tirantes conjugados y1 e y2, para cada prueba

Ac se observa los correctos tirantes conjugados tal como deben estar puestos

f) Calcular la eficiencia en cada resalto

g) Graficar la curva de Energa Especfica, para cada Resalto Hidrulico en funcin de los valores de y1, y2 e yc

*Cules son sus conclusiones?El grafico parece incorrecto, puede deberse a errores en los clculos en las plantillas usadas, o errores al introducir formulas al Excel. La curva DEBERIA ESTAR DIVIDIDA EN 3 SEGMENTOS. El segmento superior representa el flujo subnormal o subcrtico, el segmento inferior representa flujo supernormal y supercrtico y el segmento intermedio representa flujo supernormal-subcrtico o subnormal-supercrtico

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