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5/22/2018 Informe de Energia Especifica
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FACULTA DE INGENIERA, ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
PROYECTO DE INVESTIGACIN
VERTEDEROS TRIANGULARES
AUTORES:
CARRERA MIRANDA, JORGE OMARFERNANDEZ RIOS, JOSEPH
JUAREZ POZO, JHONYTARIFEO FONSECA, BRANCO YELTSIN
DOCENTE:
ING. CIVIL GUILLERMO ARRIOLA CARRASCO.
Chiclayo - Pimentel 18 de julio del 2014
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INTRODUCCIN
Se tiene por definicin un canal abierto un conducto para flujos en la cual tiene
superficie libre, la superficie libre es esencialmente un interface entre dos fluidos
de diferente densidad, separados por efectos de gravedad y distribucin de
presiones. Los flujos casi siempre son turbulentos y no son afectados por tensin
superficial en el caso del agua. Un caso particular de la aplicacin de la ecuacin
de energa, cuando la energa est referida al fondo de la canalizacin, toma el
nombre de energa especfica en canales.
Cuando la profundidad de flujo se grfica contra la energa para una seccin de
canal y un caudal determinados, se obtiene entonces una curva de energa
especfica, Para un caudal constante, en cada seccin de una canalizacin
rectangular, obtenemos un tirante y un valor de energa especfica, movindose el
agua de mayor a menor energa con un gradiente, en este caso, coincidente con la
pendiente de energa.
Analticamente es posible predecir el comportamiento del agua en el canal
rectangular, sin embargo la observacin del fenmeno es ahora de mayor
importancia y toda conclusin estar ligada al experimento.
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OBJETIVOS
o GENERAL
Determinar la energa especfica en un canal rectangular y clasificar el tipo de flujo
para cada profundidad experimental; observando el comportamiento del flujo en
dicho canal.
o ESPECIFICOS
Graficar e Interpretar la Curva de Energa Especfica, para los datos
obtenidos en un canal rectangular de laboratorio.
Calcular la profundidad crtica Yc para un determinado caudal.
Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.
HIPOTESIS
o Comprobar la profundidad crtica terica (Yc) con la profundidad crtica real
de un canal rectangular; a un caudal determinado.
o Comprobar en la Curva de Energa Especfica, para que tirante el flujo es
crtico.
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MARCO TERICO
ENERGA ESPECFICA EN UN CANAL O FLUJO LIBRE
Para cualquier seccin de un canal, se llama energa especfica a la energa por
unidad de peso del lquido en movimiento con relacin a la solera, como se
observa en figura.
No es posible predecir el carcter del cambio de la energa especfica entre las
secciones 1 y 2. Es claro que la energa total debe disminuir, pero la energa
especfica puede
aumentar o disminuir
dependiendo de otros
factores como la
resistencia al flujo, la
forma de la seccin
transversal, etc.
Definiendo la energa especfica como la distancia vertical entre el fondo del canal
y la lnea de energa se tiene:
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Para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad de ancho, q
= Q/b, la ecuacin se transforma as:
Para caudal constante y canal rectangular, la energa especfica es funcinnicamente de la profundidad de flujo y su variacin se muestra en la siguiente
figura:
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Diagrama de Energa Especfica
Segn la figura anterior se presenta un valor mnimo de la energa especfica para
una nica profundidad, llamada profundidad crtica Yc. Para valores de energa
especfica mayor que la mnima, el flujo se puede realizar con dos profundidades
diferentes Y1Yc.
Teniendo en cuenta que para caudal constante la velocidad vara inversamente
con la profundidad, las velocidades correspondientes a profundidades menores
que Yc son mayores que las correspondientes a profundidades mayores que Yc.
CLASIFICACIN DEL FLUJO
De acuerdo a lo anterior se tienen los siguientes tipos de flujo:
En los flujos subcrticos y supercrticos las velocidades son menores y mayores
que la Vc respectivamente, por lo tanto en el flujo subcrtico aparecern pequeas
ondas superficiales avanzando corriente arriba, mientras que en el flujo
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supercrtico dichas ondas sern barridas corriente abajo, formando un ngulo; este
tipo de ondas se denominan ondas diamantes.
De la figura de Diagrama de Energa Especfica tambin se puede observar el
comportamiento de la energa especfica es diferente si el flujo es supercrtico o
subcrtico:
o Si el flujo es subcrtico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energa
especfica aumentar y viceversa.
o Si el flujo es supercrtico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energa
especfica disminuir.
Es decir, en un canal se puede ganar o perder energa especfica dependiendo si
las profundidades son mayores o menores que la profundidad crtica Yc.
Se puede observar tambin, que para una energa especfica dada, es posible
tener dos profundidades, y por tanto dos situaciones de flujo, una de flujo
subcrtico y otra de flujo supercrtico; estas dos profundidades se conocen con el
nombre de profundidades secuentes o alternas.
La profundidad crtica se presenta cuandola energa especfica es mnima, es decir:
En donde:
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De donde se observa que la profundidad crtica depende solamente del caudal y
de la geometra del canal, no depende de la rugosidad ni de la pendiente.
La energa
especfica
mnima en
canal
rectangular
es:
Estas ecuaciones muestran que el caudal para energa especfica constante esfuncin de la profundidad. La variacin del caudal se muestra en la figura. En esta
se muestra que el caudal es mximo para la profundidad crtica, propiedad muy
til en el diseo de secciones de mxima descarga como vertederos, salidas de
depsitos y otros.
Variacin del caudal con la profundidad (curva q):
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En canales muy largos se podr establecer el flujo crtico uniforme si se dispone
de una pendiente crtica, Sc; se puede derivar una expresin sencilla para Sc para
un canal con flujo uniforme igualando la ecuacin general de flujo crtico (VIII.6) y
alguna expresin de resistencia al flujo, por ejemplo Manning, as la ecuacin para
la pendiente crtica ser:
g : aceleracin de la gravedad.
Ac : rea correspondiente a la profundidad crtica.
n : coeficiente de resistencia al flujo de Manning.
Bc : ancho de la superficie correspondiente a la profundidad crtica.
Rc : Radio Hidrulico correspondiente a la profundidad crtica.
Pendientes mayores que la profundidad crtica producirn flujos supercrticos,
mientras que pendientes menores producirn flujos subcrticos.
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EQUIPOS A UTILIZAR
CANAL ABIERTO DE SEDIMENTACIN
Canal de seccin rectangular (seccin 80 x 300mm) con paredes transparentes
por el que se hace circular agua. El agua se toma del depsito de almacenamiento
mediante una bomba hidrulica, con regulacin de velocidad y, por medio de la
tubera, es conducida al depsito de entrada, donde dispone de un tranquilizador
de flujo. Desde aqu el agua circula por el canal y descarga en el depsito de
captacin, retornando finalmente al depsito de almacenamiento, con lo que se
completa el circuito cerrado.
1. El equipo dispone de la instrumentacin y los sensores adecuados (caudal,
presin, etc) para el control y medida de los parmetros ms
representativos.
2. El canal est montado sobre dos soportes, con un sistema que permite
controlar la inclinacin del canal. Inclinacin del canal ajustable.
3. Depsito de entrada (capacidad: 38 litros), con tranquilizador de flujo y
vlvula de vaciado.
4. Depsito de captacin (capacidad: 38 litros), con vlvula de vaciado.
5. Vlvula de control de caudal.6. Tuberas.
7. FME00/B.Grupo de Alimentacin Hidrulica Bsico: Depsito de
almacenamiento (capacidad: 140 litros aprox.).
8. Interruptor de seguridad ON/OFF.
9. Caudalmetro.
10. Vlvula de control de caudal.
11. Sensor de caudal.
12. Sensores de presin.
13. Sensor de desplazamiento.
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CAUDALIMETRO
Un caudalmetro es un instrumento de medida para
la medicin de caudal o gasto volumtrico de un
fluido o para la medicin del gasto msico. Estos
aparatos suelen colocarse en lnea con la tubera
que transporta el fluido. Tambin suelen llamarse
medidores de caudal, medidores de flujo o
flujmetros.
LIMNIMETRODESCRIPCION:
Un bastidor de montaje se fija a una estructura apropiada de
soporte, y una varilla medidora queda libre para deslizarse hacia
arriba y hacia abajo por encima de la superficie del agua. Un
gancho o una punta de acero inoxidable, fijado al extremo
inferior de la varilla, se utiliza para localizar la superficie delagua.
La medicin se realiza usando una escala primaria fijada al
bastidor de montaje y una escala nonio fijada a la varilla. Los
bordes de las dos escalas estn en contacto.
La varilla est fijada en un collar con tornillo que permite un
ajuste fino, y puede ser liberada del mismo para efectuar rpidamente cambios
grandes de posicin. Un tornillo de fijacin situado en la escala nonio permite fijar
la posicin cero.
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ESPECIFICACIONES:
Un aparato robusto de bajo coste para la medicin de la posicin de la superficie
del agua con precisin de 0.20mm. Bastidor de montaje en aluminio colado
lacado. Varilla de medicin y mecanismo de ajuste en latn revestido brillante.
Suministrado completo con gancho y punta de acero inoxidable.
FLUIDO (AGUA)
Un fluido es un conjunto de partculas
que se mantienen unidas entre s por
fuerzas cohesivas dbiles y las paredes
de un recipiente; el trmino engloba a
los lquidos y los gases.
PROCEDIMIENTO
1. Coloque el canal en pendiente positiva.2. Encienda la bomba que suministra el flujo al canal.
3. Seleccione un valor de caudal.
4. Espere unos minutos a que el flujo se estabilice.
5. Mida la profundidad del agua en cuatro secciones a lo largo del canal.
6. Anote los valores de las profundidades, haciendo uso del limnmetro.
7. Registre las lecturas de los tirantes.
8. Vuelva a repetir la medicin cuatro veces ms con caudales y pendientes
distintas.
9. Elabore una tabla con los datos medidos y procesados.
10. Determine los parmetros de la Curva de Energa Especfica.
11. Grafique la Curva de Energa Especfica.
12. Calcular la profundidad crtica Yc.
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13. Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.
RESULTADOS Y GRAFICOS
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Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q^2/A^2*2g) V F
0.002 3000 0.064 0.000002 0.000833333 1.28E-07 ######### 6510.416667 0.0044 1469054.9558
0.004 3000 0.064 0.000004 0.000833333 2.56E-07 ######### 3255.208333 0.0063 519389.3606
0.006 3000 0.064 0.000006 0.000833333 3.84E-07 ######### 2170.138889 0.0077 282719.7581
0.008 3000 0.064 0.000008 0.000833333 5.12E-07 ######### 1627.604167 0.0089 183631.8695
0.01 3000 0.064 0.00001 0.000833333 0.00000064 86412.8954 1302.083333 0.0099 131396.2697
0.1 3000 0.064 0.0001 0.000833333 0.0000064 864.1291 130.2083333 0.0313 4155.1149
0.2 3000 0.064 0.0002 0.000833333 0.0000128 216.0324 65.10416667 0.0443 1469.0550
0.4 3000 0.064 0.0004 0.000833333 0.0000256 54.0085 32.55208333 0.0627 519.3894
0.8 3000 0.064 0.0008 0.000833333 0.0000512 13.5028 16.27604167 0.0886 183.6319
1 3000 0.064 0.001 0.000833333 0.000064 8.6423 13.02083333 0.0991 131.3963
2 3000 0.064 0.002 0.000833333 0.000128 2.1623 6.510416667 0.1401 46.4556
3 3000 0.064 0.003 0.000833333 0.000192 0.9631 4.340277778 0.1716 25.2872
4 3000 0.064 0.004 0.000833333 0.000256 0.5441 3.255208333 0.1982 16.4245
5 3000 0.064 0.005 0.000833333 0.00032 0.3507 2.604166667 0.2216 11.7524
6 3000 0.064 0.006 0.000833333 0.000384 0.2460 2.170138889 0.2427 8.9404
7 3000 0.064 0.007 0.000833333 0.000448 0.1834 1.860119048 0.2622 7.0947
y1 9.001 3000 0.064 0.009001 0.000833333 0.00057606 0.1157 1.446598526 0.2973 4.8657
9.011 3000 0.064 0.009011 0.000833333 0.0005767 0.1154 1.444993157 0.2975 4.85769.02 3000 0.064 0.00902 0.000833333 0.00057728 0.1152 1.443551367 0.2976 4.8504
9.28 3000 0.064 0.00928 0.000833333 0.00059392 0.1096 1.40310704 0.3019 4.6479
9.336 3000 0.064 0.009336 0.000833333 0.0005975 0.1085 1.394690803 0.3028 4.6062
9.39 3000 0.064 0.00939 0.000833333 0.00060096 0.1074 1.386670217 0.3037 4.5665
9.4 3000 0.064 0.0094 0.000833333 0.0006016 0.1072 1.385195035 0.3038 4.5592
Y2 9.5 3000 0.064 0.0095 0.000833333 0.000608 0.1052 1.370614035 0.3054 4.4874
9.51 3000 0.064 0.00951 0.000833333 0.00060864 0.1051 1.369172801 0.3056 4.4804
9.52 3000 0.064 0.00952 0.000833333 0.00060928 0.1049 1.367734594 0.3058 4.4733
(g*y)
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9.53 3000 0.064 0.00953 0.000833333 0.00060992 0.1047 1.366299405 0.3059 4.4663
9.6 3000 0.064 0.0096 0.000833333 0.0006144 0.1034 1.356336806 0.3070 4.4175
9.7 3000 0.064 0.0097 0.000833333 0.0006208 0.1015 1.342353952 0.3086 4.3494
9.85 3000 0.064 0.00985 0.000833333 0.0006304 0.0989 1.321912014 0.3110 4.2504
9.89 3000 0.064 0.00989 0.000833333 0.00063296 0.0982 1.316565554 0.3116 4.2246
9.9 3000 0.064 0.0099 0.000833333 0.0006336 0.0981 1.31523569 0.3118 4.2182
Y3 10.1 3000 0.064 0.0101 0.000833333 0.0006464 0.0948 1.289191419 0.3149 4.0936
10.11 3000 0.064 0.01011 0.000833333 0.00064704 0.0947 1.287916255 0.3151 4.0875
10.12 3000 0.064 0.01012 0.000833333 0.00064768 0.0945 1.28664361 0.3152 4.0814
10.2 3000 0.064 0.0102 0.000833333 0.0006528 0.0933 1.276552288 0.3165 4.0335
10.28 3000 0.064 0.01028 0.000833333 0.00065792 0.0920 1.266618029 0.3177 3.9865
10.3 3000 0.064 0.0103 0.000833333 0.0006592 0.0918 1.264158576 0.3180 3.9749
10.35 3000 0.064 0.01035 0.000833333 0.0006624 0.0910 1.25805153 0.3188 3.9461
10.48 3000 0.064 0.01048 0.000833333 0.00067072 0.0892 1.242445929 0.3208 3.8729
10.5 3000 0.064 0.0105 0.000833333 0.000672 0.0889 1.240079365 0.3211 3.8619
Y4 10.9 3000 0.064 0.0109 0.000833333 0.0006976 0.0836 1.194571865 0.3272 3.6513
11 3000 0.064 0.011 0.000833333 0.000704 0.0824 1.183712121 0.3287 3.6016
12 3000 0.064 0.012 0.000833333 0.000768 0.0720 1.085069444 0.3433 3.1609
13 3000 0.064 0.013 0.000833333 0.000832 0.0641 1.001602564 0.3573 2.8033
15 3000 0.064 0.015 0.000833333 0.00096 0.0534 0.868055556 0.3838 2.2618
100 3000 0.064 0.1 0.000833333 0.0064 0.1009 0.130208333 0.9910 0.1314
2000 3000 0.064 2 0.000833333 0.128 2.0000 0.006510417 4.4317 0.0015
3000 3000 0.064 3 0.000833333 0.192 3.0000 0.004340278 5.4277 0.0008
4000 3000 0.064 4 0.000833333 0.256 4.0000 0.003255208 6.2674 0.0005
4500 3000 0.064 4.5 0.000833333 0.288 4.5000 0.002893519 6.6476 0.0004
6000 3000 0.064 6 0.000833333 0.384 6.0000 0.002170139 7.6759 0.0003
7000 3000 0.064 7 0.000833333 0.448 7.0000 0.001860119 8.2910 0.0002
8000 3000 0.064 8 0.000833333 0.512 8.0000 0.001627604 8.8634 0.0002
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9000 3000 0.064 9 0.000833333 0.576 9.0000 0.001446759 9.4011 0.0002
10000 3000 0.064 10 0.000833333 0.64 10.0000 0.001302083 9.9096 0.0001
11000 3000 0.064 11 0.000833333 0.704 11.0000 0.001183712 10.3933 0.0001
12000 3000 0.064 12 0.000833333 0.768 12.0000 0.001085069 10.8554 0.0001
13000 3000 0.064 13 0.000833333 0.832 13.0000 0.001001603 11.2987 0.0001
14000 3000 0.064 14 0.000833333 0.896 14.0000 0.00093006 11.7252 0.0001
15000 3000 0.064 15 0.000833333 0.96 15.0000 0.000868056 12.1367 0.0001
Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q 2/A^2*2g) V F
y1 9 1200 0.064 0.009 0.000333333 0.000576 0.0261 0.578703704 0.2973 1.9466
y2 9.5 1200 0.064 0.0095 0.000333333 0.000608 0.0248 0.548245614 0.3054 1.7950
y3 10.1 1200 0.064 0.0101 0.000333333 0.0006464 0.0237 0.515676568 0.3149 1.6374
y4 10.9 1200 0.064 0.0109 0.000333333 0.0006976 0.0225 0.477828746 0.3272 1.4605
Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q 2/A^2*2g) V F
y1 13 1600 0.064 0.013 0.000444444 0.000832 0.0275 0.534188034 0.3573 1.4951
y2 12.5 1600 0.064 0.0125 0.000444444 0.0008 0.0282 0.555555556 0.3504 1.5857
y3 11.4 1600 0.064 0.0114 0.000444444 0.0007296 0.0303 0.609161793 0.3346 1.8206
y4 10.9 1600 0.064 0.0109 0.000444444 0.0006976 0.0316 0.637104995 0.3272 1.9473
(g*y)
(g*y)
5/22/2018 Informe de Energia Especifica
19/22
Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q 2/A^2*2g) V F
y1 15.9 2000 0.064 0.0159 0.000555556 0.0010176 0.0311 0.54594689 0.3951 1.3816
y2 14.5 2000 0.064 0.0145 0.000555556 0.000928 0.0328 0.598659004 0.3773 1.5865
y3 13.5 2000 0.064 0.0135 0.000555556 0.000864 0.0346 0.643004115 0.3641 1.7660
y4 12.6 2000 0.064 0.0126 0.000555556 0.0008064 0.0368 0.688932981 0.3518 1.9586
Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q^2/A^2*2g) V F
y1 17.5 2400 0.064 0.0175 0.000666667 0.00112 0.0356 0.595238095 0.4145 1.4359
y2 16.5 2400 0.064 0.0165 0.000666667 0.001056 0.0368 0.631313131 0.4025 1.5684
y3 15.5 2400 0.064 0.0155 0.000666667 0.000992 0.0385 0.672043011 0.3901 1.7226
y4 14.5 2400 0.064 0.0145 0.000666667 0.000928 0.0408 0.718390805 0.3773 1.9038
Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q^2/A 2*2g) V F
y1 20.4 3000 0.064 0.0204 0.000833333 0.0013056 0.0412 0.638276144 0.4476 1.4261
y2 19.9 3000 0.064 0.0199 0.000833333 0.0012736 0.0417 0.654313233 0.4421 1.4801
y3 18.5 3000 0.064 0.0185 0.000833333 0.001184 0.0437 0.703828829 0.4262 1.6513
y4 17.6 3000 0.064 0.0176 0.000833333 0.0011264 0.0455 0.739820076 0.4157 1.7796
(g*y)
(g*y)
(g*y)
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0.000001
1
0.0000 0.0100 10.0000 10000.0000 10000000.0000
TIRANTESHIDRAULICOS(m)
ENERGIA ESPECIFICA
TIRANTES HIDRAULICOS vs ENERGIA
ESPECIFICA
0.0000
0.0000
0.0100
10.0000
10000.0000
10000000.0000
0.000001 1 1000000
NDEFROYDE
VELOCIDAD (m/seg.)
VELOCIDAD(m/seg.) VS N FROUDE
VELOCIDAD(m/seg.) VS
N FROUDE
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CONCLUCIONES
Se ha logrado graficar la Curva de Energa Especfica dentro de los
parmetros tericos indicados.
Se calcul la profundidad crtica Yc, terica y real; y se pudo comprobar que
existe una estrecha relacin entre ambos.
Se identific el tipo flujo (subcrtico, crtico y supercrtico) para cada
profundidad experimental.
RECOMENDACIONES
Tener el cuidado necesario al momento de calibrar el limnmetro, para una
mejor obtencin de tirantes.
Hacer el uso adecuado del caudalmetro, para no obtener un caudal muy
alto y genere desperfectos en el Canal Abierto de Sedimentacin.
Tomar las muestras necesarias para graficar la Curva de Energa
Especfica; y as cumpla con los parmetros tericos establecidos.
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ANEXOS