FACULTAD TECNOLOGIA DE LA COSTRUCCIONDEPARTAMENTO DE HIDRAULICA Y MEDIO AMBIENTE

Practica De Laboratorio No.1: Determinacin de la Energa Especifica de un canal

Elaborado Por:-Marta Gabriela Duarte Ortiz 2010-33508-Pedro Jos Flores Rodrguez 2010-32624-Ellan Misael Garca Machado 2010-32644-Mario Ernesto Galo Miranda 2010-32701-Pablo Emilio Brizuela Zeledn 2010-32508

Profesor De Teora: Dr. Nstor Lanzas IC-31DProfesor De Practica: Ing. Maria Jose Castro IC-31D2

Fecha De Entrega: 11/10/2012Fecha De Realizacin: 26/09/12

INDICE

INTRODUCCION2OBJETIVO4GENERALIDADES5MATERIAL Y EQUIPOS UTILIZADOS10PROCEDIMIENTO10RESUMEN DE DATOS LEVANTADOS11FORMULAS A UTILIZARSE.12CLCULOS14TABLA DE RESULTADOS19CUESTIONARIO, CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES20CONCLUSIONES21RECOMENDACIONES21

INTRODUCCIONLa energa especfica en la seccin de un canal se define como la energa por masa de agua en cualquier seccin de un canal medida con respecto al fondo del canal, esto es:

E =+

Para un canal de pequea pendiente y: Tirante, Cos = 1 y = 1. Lo cual indica que la energa especfica es igual a la suma de la profundidad del agua y la altura de velocidad.

E = y

Para un canal de cualquier forma y rea hidrulica A, con

E = y

Suponiendo que Q es constante y A es funcin del tirante, entonces la energa especfica solo depende del tirante.Definiremos el caudal por unidad de ancho o caudal unitario (q) como: q = donde:q = Gasto unitario.Q = Caudal Total.b = Ancho del canal.La velocidad media se expresa:

V =

donde: V = velocidad media.q = gasto unitario.y = tirante de agua.Esto se introduce en la ecuacin (2) y produce la siguiente relacin entre q y E:

E = y

Se puede ver que para una seccin dada de un canal y un caudal Q la energa especifica en la seccin de una funcin de la profundidad del flujo solamente.

Rgimen critico : un canal trabaje en rgimen critico cuando posee la energa especifica mnima para un caudal dado ,tambin cuando posee el caudal mximo para una energa especifica dada.Caudal o gasto critico: es la profundidad que hace el contenido de la energa especfica sea un mnimo para un determinado gasto.

Tirante crtico: es la profundidad que hace quela energa especfica sea un mnimo para un determinado gasto.

Velocidad crtica: es la velocidad media cuando el gasto es el crtico.

Pendiente crtica: es la pendiente por laque circula un gasto con rgimen uniforme y permanente a la profundidad crtica.

Rgimen suscritico: es un rgimen lento, tranquilo, fluvial. Se produce cuando los tirantes son mayores que los crticos, las velocidades mayores que las crticas y los nmeros de froude mayores que 1.

Pendiente subcrtica: se produce cuando la pendiente del canal es menor a la pendiente crtica.

Rgimen supercrtico: es un rgimen torrencial, rpido.se produce cuando las velocidades son mayores que las criticas, los tirantes son menores que los crticos y los nmeros de froude mayor que 1.

Pendiente supercrtica: se produce cuando la pendiente del canal es mayor que la pendiente critica.

Pendiente del lecho: es la pendiente que tiene el fondo del canal donde se colocara la alcantarilla.

OBJETIVO

1- Determinar la Curva de Energa Especfica a un caudal constante y permanente.2- Dar a conocer las tcnicas prcticas para la determinacin de la curva de energa.3- Determinar la diferencia entre el terico y el prctico.

GENERALIDADES

Por lo general, al estudiar la energa en el flujo en canales abiertos, se involucra la determinacin de la energa que posee el fluido en una seccin particular de inters. La energa total se mide en relacin con la plantilla del canal y se compone de la energa potencial debido a la profundidad del fluido, ms la energa cintica debido a su velocidad.Si E denota la energa total, obtenemos:

Donde y es la profundidad y V es la velocidad promedio del flujo. Igual que con la ecuacin de la energa que se us antes, los trminos de la ecuacin tienen la unidad de energa por unidad de peso de fluido en movimiento. En el anlisis de flujo en canales abiertos, por lo general se hace referencia a E como la energa especfica. Para una descarga dada Q, la velocidad es Q/A. Entonces,

Como el rea se expresa en trminos de la profundidad del fluido, la ecuacin relaciona la energa especfica con la profundidad del flujo. Para visualizar los regmenes posibles de flujo en un canal es til una grfica de la profundidad versus la energa especfica E. Para una seccin y descarga particulares en n canal, la curva de la energa especfica se asemeja a la que se ilustra en la figura a continuacin:

Varias caractersticas de esta curva son importantes. La lnea a 45 sobre la grfica representa E=y. Entonces, para cualquier punto sobre la curva, la distancia horizontal entre esta lnea y el eje y representa la energa potencial y. La distancia restante a la curva de la energa especfica es la energa cintica V2/2g. Aparece un valor mnimo definido de E y se demuestra que ocurre cuando el flujo se halla en el estado crtico, es decir cuando Nf=1.

La profundidad correspondiente a la energa especfica mnima, entonces, se denomina profundidad crtica yc. El flujo es subcrtico para cualquier profundidad mayor que yc. A la inversa, para cualquier profundidad menor que yc, el flujo es supercrtico. Observe que para cualquier nivel de energa mayor que el mnimo, pueden existir dos profundidades diferentes. Tanto y1 por debajo de la profundidad crtica yc, como y2 por arriba de yc, tienen la misma energa. En el caso de y1 el flujo es supercrtico, y gran parte de la energa es cintica debido a su velocidad elevada. A la profundidad mayor y2, el flujo es ms lento y slo una parte pequea de la energa cintica. Se denomina a las dos trayectorias, y1 y y2, como trayectorias alternas de la energa especfica E.

Cuando la profundidad del flujo se dibuja contra la energa especfica para una seccin dada del canal y para un caudal constante se obtiene la curva de energa especfica (ver figura No. 1a). Esta curva tiene dos partes AC y CB. La parte AC se aproxima al eje horizontal asintticamente hacia la derecha. La parte CB se aproxima a la lnea OD a medida que se extiende hacia arriba y a la derecha. La lnea OD es una lnea que pasa a travs del origen y tiene una inclinacin de 45 donde E = y.

Como se mencionaba anteriormente, la curva muestra que, para una energa especfica dada hay dos posibles profundidades alternas, por ejemplo, la cota inferior y en el punto C la energa especfica es un mnimo (Emin), para el cual existe un solo valor del tirante el cual es conocido como profundidad crtica yc.

Si los caudales cambian, la energa especfica cambiar en consecuencia. Las curvas AB y AB (ver figura No. 1b) representan posiciones de la curva de energa especfica cuando el caudal es menor y ms grande respectivamente, que el caudal usado para la construccin de la curva AB. Cuando la profundidad del flujo es ms grande que la profundidad crtica (y1 > yc), la velocidad del flujo es menor que la velocidad crtica para la correspondiente descarga (V < Vc), y entonces, F < 1, el flujo es subcrtico (tranquilo). Cuando la profundidad del flujo (y2 < yc) menor que la profundidad crtica. La velocidad del flujo ser mayor que la velocidad crtica (V > Vc), el flujo es supercrtico (torrencial).

El estado crtico del flujo ha sido definido como la condicin para la cual el nmero Froude es igual a la Unidad (F = 1), la velocidad del flujo es igual a la velocidad crtica (V =Vc), la profundidad del flujo es igual a la profundidad crtica, donde:

(7)

(8)

(9)

La discusin anterior sobre energa especfica en canales rectangulares o canales anchos, puede ser resumida en los siguientes puntos:

1. Una condicin de flujo dada (es decir, un cierto caudal unitario fluyendo a una cierta profundidad), queda completamente, determinada por dos cualesquiera de las variables y, q, V y E, excepto por la combinacin q y E, la cual producir, en general dos profundidades de flujo.2. Para cualquier valor de E existe una profundidad crtica, dada por la ecuacin 8, para la cual el caudal unitario es mximo.3. Para cualquier valor de q existe una profundidad crtica dada por la ecuacin 7, para la cual la energa especfica es mnima.4.

Cuando ocurre el flujo crtico, la ecuacin , as como la ecuacin se cumplen simultneamente, y la carga de velocidad es igual a la mitad de la profundidad de flujo 5. Para cualquier condicin de flujo dada, siempre que sea diferente de la crtica existe otra profundidad alterna, para la cual el mismo caudal unitario puede ser conducido con la misma energa especfica.

MATERIAL Y EQUIPOS UTILIZADOS Agua Pesas de 15Kg 1 hidrmetro 1cronmetro 1 canal rectangular bomba de 1 H.P.PROCEDIMIENTOPARTE A1. Encender la bomba del canal rectangular2. Colocar un hidrmetro (slo se utiliz uno)3. Nivelar el canal aproximndolo a una pendiente (S) igual o menor que cero.4. Se abri la vlvula de pase completamente para obtener el caudal mximo.5. Determinar el caudal del trabajo Se cerr el orificio de salida del tanque pesador. Cuando se ha recolectado un peso en agua que equivale al del porta pesa la balanza eleva el porta pesa y se activa el cronmetro. Se coloc la pesa de 15Kg en el porta pesa justo en el momento en que el porta pesa est al tope de elevado y se activa el cronmetro cuando este haya bajado por la pesa. El cronmetro se detuvo cuando el peso del agua haya hecho que el porta pesa suba al tope. Se abri el orificio de salida para luego repetir el procedimiento 5. El procedimiento 5 se repite 5 veces. 6. Con el procedimiento 5 de calculan las siguientes expresiones:

PARTE B1. Con el nmero de vueltas N para la inclinacin del canal rectangular se hace lectura del tirante (Y) del hidrmetro. Y se apuntan en la tabla 2.

RESUMEN DE DATOS LEVANTADOSDatos:1. CaudalParmetro12345Promedio

Tiempo(s)10.9110.5511.2811.0810.1310.79

Q(m3/s)

2. TiranteParmetro12345678910

N0369121518212427

y (cm)4.43.72.92.72.62.42.22.22.12.0

N= Nmero de vueltas

FORMULAS A UTILIZARSE.

DATOS DEL CANALLongitud Total: 4870mmLongitud Prctica: 4500mmAncho del Canal: 78mmAltura Total:120mmTornillo de Calibracin: Cada vuelta sube o baja 2.54mm

CALCULO DE CAUDAL (CM3/S)

Donde:Q: CaudalW: Peso: Densidad del aguat: tiempo

PENDIENTE:

Donde:N: nmero de vueltas

AREA

Donde:A: rea del canalb: Ancho del canalY: Tirante

CALCULO DEL CAUDAL UNITARIO.

Donde:Q: caudal constanteb: Ancho de la base

CALCULO DE VELOCIDADES.

Donde:q: caudal unitarioY: Tirante

CALCULO DE E

Donde:q: caudal unitarioY: Tiranteg: Gravedad

CALCULO DEL TIRANTE CRTICO

Donde:q: caudal unitariog: Gravedad

CALCULO DE ENERGIA MINIMA

Donde:Yc: tirante critico

CLCULOSCALCULO DEL CAUDAL

Lectura N 1

Lectura N 2

Lectura N 3

Lectura N 4

Lectura N 5

Lectura N 6

CAUDAL UNITARIO

TIRANTE CRITICO

ENERGIA MINIMA

LECTURA N 1

LECTURA N 2

LECTURA N 3

LECTURA N 4

LECTURA N 5

LECTURA N 6

LECTURA N 7

LECTURA N 8

LECTURA N 9

LECTURA N 10

TABLA DE RESULTADOS

Parmetro123456Promedio

Tiempo(s)10.9110.5511.2811.0810.1310.7910.79

Q(m3/s)1374.891421.801329.791353.791480.751390.181391.87

#NSY(cm)A(cm2)V(cm/s)E(cm)

1004.433.0042.185.31

230.001693.727.7550.164.98

360.003392.921.7563.994.99

490.005082.720.2568.735.11

5120.006772.619.5071.385.20

6150.008472.418.0077.335.45

7180.010162.216.5084.365.83

8210.011852.216.5084.365.83

9240.013552.115.7588.376.08

10270.01524215.0092.796.39

CUESTIONARIO, CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES

A partir de los resultados obtenidos graficar la curva de energa especifica

Determine la profundidad crtica terica y comprela con la profundidad crtica experimental obtenida de La curva de energa especfica

CONCLUSIONESVemos como la energa especifica aumenta a medida que se aumenta la pendiente, aumentando su velocidad, as tambin disminuye la altura o profundidad del agua porque bajo estas circunstancia el flujo presente en el canal es SUPERCRITICO, otra explicacin para llegar a esta conclusin es que las profundidades tomadas son menor que la profundidad critica terica (YTEO) y la profundidad critica experimental (YEXP).Tambin podemos observar en el grafico es que durante 2 lecturas la energa especifica disminuyo a medida que su profundidad hidrulica disminua, esta caracterstica la presentan los flujos SUBCRITICOS, aparte tambin podemos considerar que el flujo estuvo en estado subcrtico porque sus profundidades hidrulicas fueron mucho mayor que todas las profundidades criticas (YC