PRACTICA No. 1
OBJETIVO
En esta práctica se estudia el flujo en un canal
rectangular, sin pendiente, que de pronto se encuentra con una sobre elevación
(gradual) de su plantilla. El régimen de este flujo es subcrítico.
En el canal de pendiente variable está dispuesto un
obstáculo del mismo ancho del canal, el cual eleva la plantilla de éste en un
tramo relativamente corto. Se podrá observar el abatimiento que sufre el
tirante por causa del obstáculo.
El alumno estudiará los efectos en el régimen de flujo
de un canal, al encontrarse con una sobre elevación en su plantilla
INSTALACION Y
EQUIPO
Canal de pendiente variable, limnímetro, tubo de
Pitot, flexómetro, cronómetro, nivel de albañil, nivel montado y regla
metálica.
DESARROLLO
1. Verifique con el nivel de albañil que el canal
tenga una pendiente S = 0, o sea, que esté en posición horizontal.
2. Efectúe con el limnímetro las lecturas (Ho) en el
piso del canal en dos secciones: la primera aguas arriba de la elevación de la
plantilla (obstáculo) y la segunda sobre el obstáculo colocado en el canal
aproximadamente (a la mitad del obstáculo). Mida con el flexómetro la altura de
la plantilla u obstáculo (diferencia de altura entre las dos plantillas).
Anote, en la hoja anexa, los datos obtenidos.
3. Determine el "Ho", en el canal de
retorno ubicado en el exterior del Laboratorio. Para ello, con ayuda del
limnímetro, haga coincidir la punta del limnímetro con la cresta del vertedor
rectangular. También deberá medir el ancho del canal y la altura del vertedor.
4. Abra la válvula de alimentación y permita el paso
del flujo a lo largo del canal. Espere el tiempo necesario para que se
normalice el flujo. Una vez que esto suceda, efectúe con el limnímetro (en las
mismas dos secciones mencionadas en el paso No. 2) las lecturas en la
superficie libre del agua. Para esto, haga cinco mediciones en cada sección, a
intervalos constantes de tiempo.
5. Introduzca el tubo de pitot en la primera sección
en sentido al flujo. Hágalo en el
centro, y en ambas márgenes y en tres profundidades: fondo, media y superficie.
6. Cheque los valores del tiempo obtenidos de tal
manera, que permitan imaginar una distribución de velocidades satisfactoria. Si
no es así, vuelva a efectuar las lecturas en aquellos sitios donde los valores
se hayan disparado.
7. Mida la distancia entre las dos secciones en
donde se colocó el limnímetro y el ancho del canal. Localice el inicio de la
elevación de la plantilla y en dónde termina ésta, todo referido a la sección
aguas arriba.
8. Efectúe en el vertedor rectangular, que está en
el exterior del laboratorio, cinco lecturas de la carga sobre la cresta H1.
9. Cierre la válvula de alimentación y limpie el
equipo y la instalación utilizada.
REPORTE
1. Calcule la velocidad media a partir de las
velocidades obtenidas en los puntos donde se colocó el tubo de Pitot.
2. Calcule el gasto en la sección aguas arriba del
obstáculo.
3. Calcule el gasto en el vertedor rectangular.
4. Compare el gasto obtenido en el canal de
pendiente variable con el obtenido en el canal de retorno. Si existe diferencia
en los valores obtenidos, haga un comentario respecto a las causas por las
cuales se obtuvieron valores diferentes.
5. Calcule con la ecuación de continuidad, el
tirante en la sección aguas arriba del obstáculo conociendo el gasto medio en
el canal de pendiente variable. Vea si hubo variación de resultados con
respecto al vertedor rectangular y la velocidad media estimada con el tubo de
Pitot.
6. Calcule con las ecuaciones de continuidad y
Bernoulli, el tirante y la velocidad en la sección sobre el obstáculo, sin
considerar pérdidas.
7. Dibuje en papel milimétrico el perfil del canal
en donde sea posible apreciar las cargas de presión, velocidad y posición en
ambas secciones; así como, la localización del obstáculo. Todo lo anterior a
una escala adecuada.
8. Aplicando la ecuación de cantidad de movimiento,
calcule la fuerza dinámica que actúa sobre la cara del obstáculo.
CUESTIONARIO
1. ¿En qué condiciones se establece el efecto
"Drop" y qué cambios produce dicho efecto en el flujo? Explique cómo
se mantiene la línea de energía específica.
2. ¿Cuál es la altura máxima que puede tener el
escalón para evitar modificaciones en el flujo hacia aguas arriba, o sea, para
que siga circulando el mismo gasto sobre el escalón?
3. Mencione 3 ejemplos dentro de la Ingeniería , donde pueda
aplicarse el concepto estudiado en la práctica.
4. Conclusiones.
NOMENCLATURA
MI = Margen Izquierda
C = Centro del canal
MD = Margen Derecha
Ho = Lectura inicial (m)
H1
= Lectura en la superficie libre
del agua (m)
H = Carga o Tirante en la sección considerada (m)
V = Velocidad (m/s)
BIBLIOGRAFIA
HIDRAULICA II, Segunda Parte
Gilberto Sotelo Avila
Facultad de Ingeniería, UNAM
HIDRAULICA, HIDROMENSURA Y LAB.
Gustavo S. Perrusquía González (Tesis)
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Mc Graw Hill
HIDRÁULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard H. French
Editorial Mc. Graw Hill
HIDRÁULICA DE CANALES
Humberto Gardea Villegas
Fundación ICA..HOJA DE DATOS
TABLA 1. Datos Generales
No.
De Bombas trabajando
|
No.
De vueltas a la válvula.
|
|
Altura
del obstáculo en (m)
|
Longitud
del obstáculo en (m).
|
|
Distancia
de la sección 1 al
|
ancho
del canal de pendiente
|
|
obstáculo
en (m)
|
variable
en (m)
|
|
Distancia
de la sección
|
||
sección
2 en (m)
|
TABLA 2.
Mediciones con el limnímetro en las dos secciones
Hi en (m)
|
||||||
Sección
|
Ho
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
(m)
|
||||||
1
|
||||||
2
|
||||||
TABLA 3. Cálculo del tirante (H)
Sección
|
H1prom= S Hi/5
|
H1=
(Hmin + H1prom + Hmax)/3
|
H
= H1 - Ho
|
1
|
|||
2
|
TABLA 4. Mediciones con el limnímetro en el vertedor
exterior.
Hi en (m)
|
|||||
Ho
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
(m)
|
|||||
Datos del vertedor.
Altura del vertedor (m)
|
|
Longitud de
|
TABLA 5.
Lecturas del tubo de Pitot
Lectura
|
Lectura
|
DH
|
Velocidad
|
||
Superior
|
Inferior
|
(m)
|
(m/s)
|
||
(m)
|
(m)
|
||||
Margen Der.
|
|||||
Superficie
|
Centro
|
||||
Margen Izq.
|
|||||
Margen Der.
|
|||||
Medio
|
Centro
|
||||
Margen Izq.
|
|||||
Margen Der.
|
|||||
Inferior
|
Centro
|
||||
Margen Izq.
|
TABLA 6.
Velocidades en el canal
Velocidades
|
||
(m/s)
|
||
Margen Der.
|
||
Superficie
|
Centro
|
|
Margen Izq.
|
||
Margen Der.
|
||
Medio
|
Centro
|
|
Margen Izq.
|
||
Margen Der.
|
||
Inferior
|
Centro
|
|
Margen Izq.
|
.
PRÁCTICA No. 2
GASTO UNITARIO
(Sección variable)
OBJETIVO
Estudiar el comportamiento de un flujo cuando se
reduce gradualmente el ancho del canal. A través de la aplicación de la ecuación
de la energía es posible observar, el efecto que se produce en los tirantes.
INSTALACION Y EQUIPO
Canal de pendiente variable, limnímetro, cronómetro,
flexómetro, nivel de albañil, nivel montado, canal de retorno (vertedor
rectangular), regla metálica.
DESARROLLO
1. Verifique que el canal de Pendiente Variable
tenga pendiente S = 0.
2. Escoja dos secciones denominadas 1 (aguas arriba
del estrechamiento) y 2 (en la parte media del estrechamiento). Tome las lecturas Ho en el piso del canal con
el limnímetro así como el ancho de ambas seccines.
3. Haga coincidir, en el canal de retorno, la punta
del limnímetro con la cresta vertedora; para ello, haga uso del nivel montado.
Después tome la lectura, que marque el limnímetro como "Ho". Mida el
ancho y la altura del vertedor. El limnímetro deberá estar colocado aguas
arriba del vertedor a una distancia
mínima de 5 veces el tirante sobre la cresta.
4. Abra la válvula de la tubería de alimentación un
número determinado de vueltas.
5. Una vez establecido el flujo efectúe, 5 lecturas
"Hi" en ambas secciones al
centro del canal.
6. Efectúe en el vertedor Rectangular del canal de
retorno, 5 lecturas "Hi" de la superficie libre del agua en la misma
sección y el mismo punto.
7. Cierre la válvula de alimentación del canal de
Pendiente Variable.
REPORTE
1. Calcule el gasto que está circulando, utilizando
la fórmula para Vertedores Rectangulares de pared delgada y usando el
coeficiente de Rehbock.
2. Calcule, con el gasto obtenido, la velocidad en
las secciones 1 y 2 empleando la ecuación de continuidad.
3. Halle, en forma analítica, el cambio de tirante
en la sección 2. Utilice los datos de la sección 1.
4. Determine con los mismos datos del paso anterior,
cuánto puede contraerse la sección del canal sin provocar una variación en la
circulación del flujo.
5. Considere que en lugar de contraer la sección 2,
ésta sufriera una expansión hasta 0.5
m . ¿Qué cambio sufriría el tirante? Considere los datos
conocidos en la sección 1 (tirante, ancho de la sección, velocidad y ancho de
la expansión).
6. Dibuje las curvas (E vs Y) y (q vs Y)
cualitativamente, en ambos casos.
7. Encuentre el tipo de régimen que se tiene en las
secciones 1 y 2. Tome como base el cálculo del tirante crítico.
8. Dé tres ejemplos de aplicación práctica del
concepto.
9. Establezca sus conclusiones.
CUESTIONARIO
1. Defina tirante normal, crítico y alterno.
2. Describa las características que tiene un flujo,
subcrítico, crítico y supercrítico.
3. ¿Qué es una sección de control?
4. Defina el concepto de energía específica.
5. Dé una interpretación a las curvas (E vs Y) y (q
vs Y) de un flujo cualquiera.
NOMENCLATURA
S = Pendiente del canal
Ho = Altura de la plantilla del canal (m)
Hi = Altura de la superficie libre del
agua (m)
H'o = Altura de la cresta vertedora (m)
H'i = Carga hidráulica sobre el vertedor
rectangular (m)
Q = Gasto que circula por el canal (m /s)
Cd = Coeficiente de descarga
H = Carga sobre el vertedor (m)
g = Aceleración de la gravedad (m/s)
b = Ancho del canal o longitud de la
cresta vertedora (m)
BIBLIOGRAFÍA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA GENERAL, Volumen 1. Fundamentos
Gilberto Sotelo Avila
Editorial Limusa
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Datos generales.
Número de bombas trabajando
|
|
Número de vueltas a la válvula
|
TABLA 2. Características geométricas en las
secciones consideradas.
Sección
|
Ancho (m)
|
Distancia entre secciones
(m)
|
1
|
||
2
|
TABLA 3.
Mediciones en el limnímetro interior
Sección
|
Ho
|
Hi (m)
|
||||
(m)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
1
|
||||||
2
|
||||||
TABLA 4. Cálculo del tirante H.
Sección
|
H1prom
= Shi/5
|
H1=
(Hmin + H1prom + Hmax) / 3
|
H=
H1 - Ho
|
(m)
|
(m)
|
||
1
|
|||
2
|
TABLA 5. Datos del vertedor del canal de retorno.
H’0
(m)
|
H’i
(m); i = 1,2,3,4,5
|
||||
Altura del vertedor (m)
|
|
Longitud de
|
Utilice el coeficiente de Rehbock en la ecuación del
gasto:
PRÁCTICA No. 3
SECCIÓN DE CONTROL (Tirante crítico)
OBJETIVO
El estudio del tirante crítico es importante para
entender la función de una sección de control y lo que representa un estado
crítico. Además se requiere una mayor comprensión de este estado límite,
trabajando con la curva de energía específica.
INSTALACION Y EQUIPO
Canal de pendiente variable, limnímetro, flexómetro,
cronómetro y nivel montado.
DESARROLLO
1. Mida el ancho del canal. Después dé pendiente
positiva al canal de pendiente variable y establezca dos secciones.
Posteriormente, con el nivel montado, determine el desnivel existente entre
dichas secciones y con el flexómetro mida la distancia horizontal entre ellas.
2. En el vertedor rectangular, ubicado en el canal
de retorno, pase (con la ayuda del nivel montado) la elevación de la cresta, al
limnímetro, para obtener el "Ho". Determine también la geometría del
vertedor.
3. Ubique una sección, independiente a las del punto
1 anterior, a la mitad de la longitud del canal, la cual denominaremos sección
1. En esta sección Haga la lectura "Ho" sobre el piso del canal, con
el limnímetro. Ubique la sección 2 en el umbral de salida y obtenga su Ho. Abra
la válvula de alimentación permitiendo el paso libre del flujo a través del
canal, una vez establecido el flujo, en la sección 1, efectúe cinco lecturas
"Hi" sobre la superficie libre del agua a intervalos
constantes de tiempo.
4. En el umbral (sección 2), realice - de igual
forma que en el paso anterior - cinco lecturas "Hi" sobre
la superficie libre del agua, a intervalos constantes de tiempo y, además, a
partir de esta sección establezca, hacia aguas arriba, secciones a distancias
constantes y en cada una de ellas realice lecturas "Hi"
sobre la superficie libre del agua, a intervalos constantes de tiempo - donde i
= 1,2,3,4,5 - (esto para determinar un perfil de la superficie libre del agua).
5. Para determinar la carga sobre el vertedor del
canal de retorno, obtenga las lecturas "Hi" sobre la
cresta vertedora, para ésto, haga 5 lecturas a intervalos constantes de tiempo
en el mismo punto en que tomó la "Ho" inicial. Cierre la válvula de
alimentación y revise que los datos estén completos.
REPORTE
1. Calcule el gasto que circula por el canal,
utilizando el vertedor rectangular.
2. Obtenga, gráficamente, los tirantes críticos y
normal, por medio de las tablas correspondientes.
3. Calcule, analíticamente, el tirante crítico y el
tirante normal.
4. Una vez determinado el tirante crítico,
localícelo en alguna de las secciones cercanas al umbral del canal, ésta se
denominará sección 3.
5. Dibuje, en papel milimétrico, un perfil a escala,
del canal, en donde se aprecie la pendiente de la plantilla, así como la
localización de las dos secciones con sus respectivas características
hidráulicas.
6. Por medio del análisis del tirante crítico y el
tirante real (o sea el medido) y el número de Froude, determine el régimen que
se presenta en ambas secciones.
7. Dibuje una curva de energía específica (no a
escala, solo cualitativamente) en donde se ubiquen, según el régimen y dentro
de la misma curva, los tirantes de ambas secciones.
8. Dibuje las curvas q - y, E - y de las secciones 1
y 2.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué leyes rigen el comportamiento de los flujos
en canales abiertos y cuales son sus ecuaciones?
2. Explique ampliamente el concepto de energía total
en una sección y diga qué parte define a la energía específica.
3. Haga una interpretación de la curva de energía
específica.
4. ¿ Qué es el estado crítico de un escurrimiento?
5. ¿Porqué en las estructuras hidráulicas se
establece secciones de control y qué régimen impera en el escurrimiento?
6. ¿Qué es el número de Froude y para qué se
utiliza?
7. Realice una interpretación de los diferentes
valores que puede tener el numero de Froude:
F < 1
F =
1 y
F > 1
NOMENCLATURA
Ho = Altura de referencia sobre el piso del canal o
la cresta del vertedor rectangular (m)
Hi = Lectura del nivel que alcanza la
superficie libre del agua (m)
H = Carga o Tirante en la sección considerada (m)
q = Gasto unitario (m3/s/m)
F = Número de Froude
E = Energía específica
AA =
Aguas arriba del umbral
d = Distancia existente entre el umbral y una
sección cualquiera (m)
BIBLIOGRAFÍA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA II, Segunda Parte
Gilberto Sotelo Avila
Facultad de Ingeniería, UNAM
HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard
H. French
Editorial
Mc Graw-Hill
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Datos Generales
Desnivel
entre los puntos (m)
|
Bombas
trabajando
|
||
Distancia
horizontal entre
|
Número
de vueltas a la
|
||
los
puntos (m)
|
válvula
|
||
Ancho
del canal (m)
|
Distancia
del umbral a
|
||
la
sección 1 (m)
|
|||
Altura
del Vertedor
|
Longitud
de la cresta
|
||
rectangular
(m)
|
del
vertedor (m)
|
TABLA 2.
Mediciones con el limnímetro.
Sección
|
Ho
|
Hi (m)
|
||||
(m)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
1
|
||||||
2
|
||||||
Vertedor
|
||||||
En secciones 1, 2 y el vertedor:.
TABLA 3. Mediciones aguas arriba del umbral
Estación
|
Distancia
|
Ho
|
Hi
|
||||
(m)
|
(m)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
Calcular el tirante para cada sección aguas
arriba del Umbral.
PRÁCTICA No. 4
DETERMINACIÓN DE LA
RUGOSIDAD EN CANALES
OBJETIVO
Obtener la rugosidad real en las paredes del canal
de pendiente variable y observar cómo se establece un flujo en régimen
uniforme.
INSTALACIÓN Y EQUIPO
Canal de pendiente variable, limnímetro, cronómetro,
flexómetro, nivel montado, vertedor Rehbock (en el canal de retorno), nivel de
albañil y regla metálica.
DESARROLLO
1. Obtenga, con el nivel montado, regla, nivel de
albañil y flexómetro, el desnivel entre dos puntos A y B cualquiera del piso
del canal. Procure que al determinar los desniveles, la regla metálica esté
bien colocada (en posición vertical) para evitar errores en la lectura. Lo
anterior puede lograrse utilizando el nivel de albañil. Mida la distancia
horizontal entre ambos puntos, así como el ancho del canal.
2. Mida, con el flexómetro, el ancho y la altura del
vertedor que está colocado en el canal de retorno, y haga coincidir la punta
del limnímetro con la cresta Vertedora; utilice para esto el nivel montado.
Después tome la lectura del Limnímetro y asígnela como el "Ho"
inicial.
3. Escoja una
sección cualquiera en el canal y obtenga el ‘Ho’ para tal sección.
4. Abra la válvula de la tubería de alimentación y
permita que el flujo se estabilice en régimen permanente.
5. Para la sección anterior del canal obtenga el Ho,
así como las cinco lecturas Hi sobre la superficie del agua a intervalos de
tiempo constantes (al centro del canal)
6. Obtenga, en el canal de retorno (Vertedor
Rehbock), las lecturas "Hi" sobre la cresta vertedora,
para ésto, haga 5 lecturas a intervalos constantes de tiempo en el mismo punto
en que tomó la "Ho" inicial.
7. Cierre la válvula de alimentación.
8. Dé al canal de pendiente variable una pendiente
diferente a la que se tenía inicialmente y tome el desnivel de la misma forma
que en el paso 1.
9. Abra e incremente el número de vueltas a la
válvula de alimentación y repita las instrucciones 4, 5 y 6.
REPORTE
1. Calcule el gasto "Q1" que circula,
utilizando la fórmula de Rehbock, con los primeros datos obtenidos.
2. Estime el coeficiente de rugosidad, para el
canal, utilizando las lecturas iniciales, o sea, Q1, A1,
R1, S1, mediante la fórmula de Manning.
3. Calcule el gasto "Q2" que
circuló por el canal debido al incremento de abertura de la válvula y al cambio
de pendiente.
4. Utilice nuevamente la fórmula de Manning para
estimar un nuevo valor del coeficiente de rugosidad del canal con los datos
obtenidos, al incrementar el número de vueltas de la válvula y variar la
pendiente.
5. Obtenga un coeficiente de rugosidad promedio,
para el canal de pendiente variable.
6. Si es que hubo variación entre los valores
obtenidos de la rugosidad, diga ¿a qué se debe la variación entre ambos?
7. Dibuje un perfil del canal donde se indique:
a) La pendiente (a escala)
b) La superficie libre del agua
(SLA) de la sección escogida (a escala)
c) El tirante en la sección (a
escala)
d) La velocidad
e) El gasto
f) La rugosidad promedio
8. Establezca sus conclusiones.
CUESTIONARIO
1. Comente el efecto que produce en los canales la
consideración o no de la rugosidad.
2. ¿Cuáles son los factores primarios que afectan la
estimación del coeficiente de rugosidad?
3. Investigue cómo estimar el coeficiente de
rugosidad en un canal natural.
4. ¿Porqué en los canales con hierba se le llama al
coeficiente "n" de Manning, coeficiente de retardo?
5. Investigue el concepto de rugosidad de
superficie.
NOMENCLATURA
Ho = Altura de referencia sobre el piso del canal o
la cresta del vertedor rectangular (m)
Hi = Lectura del nivel que alcanza la
superficie libre del agua (m)
H = Carga o Tirante en la sección considerada (m)
n = Coeficiente de rugosidad
Q1 = Gasto, en la primera prueba (m3/s)
S1 = Pendiente del canal, en la primera
prueba
A1 = Área de la sección transversal del
canal, en la primera prueba (m)
R1 = Radio Hidráulico de la sección, en
la primera prueba (m)
Q2 = Gasto en la segunda prueba (m3/s)
S2 = Pendiente del canal, en la segunda
prueba
A2 = Área de la sección transversal del
canal, en la segunda prueba (m)
R2 = Radio Hidráulico de la sección, en
la segunda prueba (m)
BIBLIOGRAFÍA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA GENERAL, Volumen 1. Fundamentos
Gilberto Sotelo Ávila
Editorial Limusa
HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard
H. French
Editorial
McGraw-Hill
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Mediciones con el limnímetro en la sección
escogida.
Prueba
|
H0 (m)
|
Hi
(m), i = 1,2,3,4,5
|
||||
1
|
||||||
2
|
||||||
TABLA 3. Desnivel entre los puntos A Y B escogidos.
Prueba
|
Lectura 1 – Lectura 2
|
1
|
|
2
|
TABLA 4. Datos generales (unidades en metros)
No. De bombas trabajando
|
Ancho del canal de pend. var.
|
||
No. De vueltas a la válvula
|
Altura del vertedor Rehbock
|
||
Distancia entre A y B
|
Ancho del vertedor Rehbock
|
PRACTICA No. 5
FLUJO
RAPIDAMENTE VARIADO
(RESALTO
HIDRÁULICO)
OBJETIVO
Estudiar la única forma en que es posible el
cambio de régimen de supercrítico a subcrítico como
consecuencia de una gran pérdida de energía al generar una gran turbulencia
en el flujo y la observación de este útil medio de
disipación de la energía cinética.
INSTALACIÓN Y EQUIPO
Canal de pendiente variable y
compuertas, canal de
Retorno y vertedor rectangular,
limnímetro flexómetro, cronómetro, nivel
de albañil, nivel montado.
DESARROLLO
1. Verificar con el nivel de albañil que el canal
tenga una pendiente S = 0
2. Haga coincidir (con la ayuda del nivel montado)
la altura de la punta del Limnímetro con la cresta del vertedor rectangular
(ubicado en el canal de retorno) y tome la lectura como "Ho". Mida también el ancho y la
altura del vertedor.
3. Abra la válvula de alimentación un cierto número
de vueltas (2 ½), manteniendo ambas compuertas
del canal abiertas. Espere a que se estabilice el flujo.
4. Una vez establecido el flujo, con ayuda de las
compuertas formar el resalto hidráulico en el canal. Esperando el tiempo necesario para que se
establezca..
5. Logrado lo anterior, escoger tres secciones en el
canal: la sección 1, ubicarla aguas
arriba de la primera compuerta; la sección 2, ubicarla en la vena contracta
inmediatamente después de la primera compuerta; y la sección 3, ubicarla
después del resalto.
6. Determine con el limnímetro la lectura ‘Ho’ sobre
el piso del canal para cada una de las secciones.
7. Efectúe con el limnímetro las cinco lecturas ‘Hi’
en la superficie libre del agua, a intervalos de tiempo constante y al centro
del canal. Realizar la misma operación
en el canal de retorno..
8. Tome los datos faltantes de la tabla 3 en la hoja
de datos.
9. Cierre la válvula de alimentación
10. Mida las aberturas de ambas compuertas.
11. Guardar y limpiar adecuadamente el equipo
utilizado.
REPORTE
1. Calcule el gasto según la fórmula para vertedores
de pared delgada utilizando el coeficiente de Rehbock.
2. Calcule el gasto que circula, mediante:
- La ecuación de compuertas,
- Aplicando Bernoulli
(desprecie pérdidas) en las secciones 1 y 2,
- Por continuidad.
3. Calcule la velocidad en la sección 2, el número
de Froude y el tirante conjugado mayor (secc.3) de acuerdo al medido en la
secc. 2 (menor).
4. Compruebe que resulta cierto que en la sección 2,
se presenta un régimen supercrítico.
5. Calcule la pérdida de energía entre el inicio y
el final del resalto.
6. Calcule la fuerza dinámica "FD" que se ejerce en la segunda
compuerta (aguas abajo) utilizando la función momento, y compárela con la obtenida, utilizando la ecuación de la
cantidad de movimiento.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuál es la función del resalto hidráulico?
2. Mencione por lo menos 3 usos prácticos del
resalto hidráulico.
3. ¿Cuándo se da un resalto hidráulico y bajo qué
condiciones?
4. ¿Qué es la función momento y qué condiciones
deben imperar para que se cumpla?
5. Enumere los tipos de resalto hidráulico que
pueden presentarse de acuerdo al número de Froude.
NOMENCLATURA
Ho = Altura de referencia sobre el piso del canal,
en las secciones 1,2,3 o la cresta del vertedor rectangular (m)
Hi = Lectura del nivel que alcanza la
superficie libre del agua en las secciones 1, 2, 3 y sobre la cresta vertedora
(m)
BIBLIOGRAFÍA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA GENERAL, Volumen 1. Fundamentos
Gilberto Sotelo Ávila
Editorial Limusa
HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard
H. French
Editorial
McGraw-Hill
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Lecturas sobre el vertedor del canal de
retorno.
H0
(m)
|
Hi
(m); i = 1,2,3,4,5
|
||||
Altura del vertedor (m)
|
|
Longitud de
|
TABLA
2. Lecturas en el canal de pendiente variable.
Sección
|
Ho
|
Hi (m), i = 1,2,3,4,5
|
||||
1
|
||||||
2
|
||||||
3
|
||||||
TABLA 3. Datos generales
Distancia desde la primera compuerta hasta el
inicio del resalto (m)
|
|
Longitud del resalto (m)
|
|
Ancho del canal de pendiente variable (m)
|
|
Distancia desde el fin del resalto hasta la
segunda compuerta (m)
|
|
Abertura de la primera compuerta (m)
|
|
Abertura de la segunda compuerta (m)
|
|
No. de bombas trabajando
|
|
No. De vueltas a la válvula
|
PRÁCTICA No. 6
OBSERVACIÓN DE UN TANQUE AMORTIGUADOR
Y ESTUDIO DE
UNA TRANSICIÓN
OBJETIVO
Observar cómo se realiza la descarga de una rápida y el diseño teórico de la
estructura apropiada para disipar la
energía cinética generada en una caída. Asimismo, estudiar la ecuación de la
energía al pasar el agua por una transición.
INSTALACIÓN Y EQUIPO
Canal de sección variable, vertedor de canal de
retorno, limnímetro, flexómetro, cronómetro, nivel montado, regla metálica y
nivel de albañil.
DESARROLLO
1. Cierre la válvula de drenaje del tanque
amortiguador.
2. Seleccione varios puntos de medición, de
preferencia: un metro antes de la rápida, al inicio de ella, en el umbral del
tanque amortiguador, antes de entrar a la transición de t-r, r-t y t- T.
4. Determine en cada sección el "Ho"
correspondiente a la plantilla del canal. En el vertedor rectangular, ubicado
en el canal de retorno, obtenga su geometría y con el nivel montado
pase la elevación de la cresta al limnímetro, correspondiendo esta
medida al "Ho" inicial.
5. Abra la válvula de alimentación y esperar a que
se establezca el flujo.
6. En cada una de las secciones establecidas mida
las cargas "Hi" sobre la superficie libre del agua, (donde
i = 1,2,3,4,5) para estimar el tirante real. También, con el tubo de pitot,
mida la velocidad.
7. En el vertedor rectangular, para estimar la carga
sobre el vertedor, determine los "Hi" tomando de igual
manera, como se indica en el punto 6 anterior, cinco lecturas.
8. Cierre la válvula de alimentación y abra la de
drenaje.
REPORTE
1. Con los datos obtenidos en el canal de retorno
calcule el gasto, utilizando la fórmula de Rehbock.
2. Mediante
la ecuación de continuidad, calcule las velocidades del flujo en las
secciones establecidas y compárelas con las que se determinaron utilizando el
tubo de pitot.
3. Calcule la energía específica en las secciones y
dibújela en un perfil del modelo indicando además la línea de energía.
4. Calcule el tirante al pie de la rápida así como
el conjugado mayor, y compárelos con lo medido en la práctica. Para ello dibuje
un perfil de la instalación.
5. ¿Qué numero de Froude se tiene al pie de la
rápida? Revise si el diseño del tanque
es el correcto.
6. En cada sección ¿Qué régimen de flujo se
presenta?
7. Calcule la fuerza de choque en los dentellones.
8. Revise si las longitudes de las transiciones son
las correctas.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué es un tanque amortiguador y cuál es su
función?
2. ¿En qué puede utilizarse un tanque amortiguador?
3. Explique ampliamente como se diseña un tanque
amortiguador.
4. ¿Qué es una transición y cuál es su aplicación?
5. ¿Cómo se diseña una transición?
6. Conclusiones.
NOMENCLATURA
Ho = Lectura de referencia, correspondiente al cero
en la escala de alturas (m)
Hi = Lectura del nivel que alcanza la
superficie libre del agua en las secciones consideradas y sobre la cresta
vertedora (m)
Y = Tirante sobre la sección o carga sobre el vertedor rectangular (m)
Dh = Diferencia de niveles del agua medidas en el
tubo de pitot (m)
b = Base del canal (m)
a = Altura del canal (m)
t = Talud
t - r =
Cambio de talud de trapecial a rectangular
r - t =
Cambio de talud de rectangular a trapecial
t - T =
Cambio de talud de trapecial a uno de mayor talud
BIBLIOGRAFÍA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard
H. French
Editorial
McGraw-Hill
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Medición de cargas
Sección
|
Ho
|
Hi
|
Pitot
|
V
|
||||
(m)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Dh
|
(m/s)
|
|
1
|
||||||||
2
|
||||||||
3
|
||||||||
4
|
||||||||
5
|
||||||||
6
|
||||||||
Vertedor rect.
|
||||||||
TABLA 3. Características geométricas de las
secciones.
Secciones
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Vertedor rect.
|
b
|
||||||
a
|
||||||
t
|
TABLA 4. Distancia entre secciones y desniveles.
De a
|
Distancia
(cm)
|
Desnivel
|
1 - 2
|
||
2 - 3
|
||
3 - 4
|
||
4 - 5
|
||
5 - 6
|
||
6 – Final
|
TABLA 5. Datos generales
Longitud de la transición 1
|
|
Longitud de la transición 2
|
|
Longitud de la transición 3
|
|
No. De bombas trabajando
|
|
No. De vueltas a la válvula
|
PRÁCTICA No. 7
PERFILES EN
FLUJO GRADUALMENTE VARIADO
OBJETIVO
Estudiar el perfil de la superficie libre del agua
que se forma después de la descarga de una compuerta.
INSTALACION Y EQUIPO
Canal de Pendiente Variable, compuerta deslizante,
limnímetro, nivel de albañil, nivel montado, regla metálica y flexómetro.
DESARROLLO
1. Dé una pendiente moderada al canal (S < Sc).
Seleccione dos puntos y obtenga el desnivel entre ambos, utilizando el nivel
montado y el de albañil así como la regla metálica. Observe
también el tipo de material del canal con el objeto de estimar
posteriormente el coeficiente de rugosidad.
2. En el vertedor rectangular, ubicado en el canal
de retorno, obtenga su geometría y con el nivel
montado pase la elevación de la cresta al limnímetro, correspondiendo
esta medida al "Ho" inicial.
3. Abra la válvula de alimentación un cierto número
de vueltas. Con la primera compuerta forme una curva del tipo"M3";
simultáneamente manipule la segunda compuerta para facilitar la estabilización
del resalto hidráulico.
4. Elija tres secciones, de preferencia que la
"1" sea antes de la primera compuerta; la "2" donde se inicia
la curva "M3" (vena contraída) y la última
después del resalto. Obtenga en cada una de ellas las lecturas "Ho"
en la base del canal.
5. Efectúe la medición de los "Hi"
en cada una de las secciones establecidas al igual que en el vertedor del canal
de retorno. Para esto, en cada sección haga "5" lecturas a intervalos
constantes de tiempo (i = 1,2,3,4,5).
6. Haga un perfil del canal tratando de representar
el escurrimiento. Para lo anterior es necesario que mida la distancia que hay
entre las secciones seleccionadas, el ancho del canal y la abertura de la
compuerta "1"; ubique también las distancias existentes entre las
compuertas, etc.
7. Después de verificar que no falte algún dato,
cierre la válvula de alimentación.
REPORTE
1. Dibuje a escala un perfil que incluya:
a)
Pendiente del canal
b) Línea
de energía
c)
Localización, a lo largo del canal, de cargas de posición, presión y velocidad
d)
Trayectoria del flujo
2. Dibuje en el perfil anterior otros tipos de
curvas que se forman en el escurrimiento.
3. Calcule el gasto que circula por la compuerta
"1" sin considerar pérdidas y compárelo con el que obtuvo en el
vertedor del canal de retorno.
4. Obtenga el número de Froude en cada sección y
mencione el régimen que domina.
5. Determine el tirante crítico y el normal; así
como la pendiente crítica.
6. Calcule el perfil de la curva "M3" por
el método del paso directo. Para el cálculo utilice el valor de la rugosidad
que se determinó en la práctica No. 3.
7. Calcule el conjugado mayor del resalto y
compárelo con el medido en la sección "3".
8. ¿Se cumplen las condiciones para formar las
diferentes curvas que se identificaron en el perfil? La respuesta puede darse,
comparando los tirantes críticos, normal y real; así como las pendientes
críticas, normal y real.
9. ¿Porqué para la formación del salto se apoyó en
la segunda compuerta?
10. Si el canal hubiera conservado una S = 0
¿Cambiaría la zona donde se formó la curva M3?
CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son las hipótesis básicas del flujo
gradualmente variado?
2. ¿Qué características tienen los perfiles de
flujo?
3. ¿Cómo se clasifican las curvas o perfiles en un
canal prismático?
4. ¿En qué consiste el análisis de un flujo?
5. Explique el método del paso directo.
NOMENCLATURA
M3 = Perfil que se forma en un
escurrimiento cuando la pendiente del canal es moderada
Ho = Lectura inicial
Hi = Lectura del nivel que alcanza la
superficie libre del agua en las secciones 1, 2, 3 y sobre la cresta vertedora
(m)
So = Pendiente del canal
Sc = Pendiente crítica
Yn = Tirante en las secciones 1, 2 y 3
a = Abertura de la compuerta (m)
b = Ancho del canal (m)
w = Altura de la cresta del vertedor rectangular (m)
B = Ancho del canal de retorno
R = Rugosidad del canal
I-C1 = Distancia entre el inicio del
canal y la primera compuerta en el sentido del flujo
C1-C2 = Distancia entre la
primera y segunda compuerta
D = Desnivel entre los puntos 1 y 2
Elev P1 = Punto 1 de referencia
Elev P2 = Punto 2 de referencia
d = Distancia entre los puntos 1 y 2
LCPV = Longitud del canal de pendiente variable (m)
Y1-C1 = Distancia entre la
sección 1 y la primera compuerta
C1-Y2 = Distancia entre la
primera compuerta y la sección 2
C1-Y3 = Distancia entre la
primera compuerta y la sección 3
BIBLIOGRAFIA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA GENERAL, Volumen 1. Fundamentos
Gilberto Sotelo Avila
Editorial Limusa
HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard
H. French
Editorial McGraw-Hill
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Mediciones con el limnímetro interior.
Sección
|
Ho
(cm)
|
H1
(cm)
|
Hprom
(cm)
|
(cm)
|
H
(cm)
|
||||
1
|
|||||||||
2
|
|||||||||
3
|
|||||||||
TABLA 2. Mediciones en el canal de pendiente
variable.
Elev
P1 (m)
|
I-C1 (m)
|
||
Elev
P2 (m)
|
C1
-C2 (m)
|
||
d (m)
|
Y1 -C1 (m)
|
||
D (m)
|
C1 -Y2 (m)
|
||
a (m)
|
C1 -Y3 (m)
|
||
b (m)
|
LCPV
(m)
|
TABLA 3. Datos generales.
w (cm)
|
|
B (cm)
|
|
No de bombas trabajando
|
|
No. De vueltas a la válvula
|
PRÁCTICA No. 8
FLUJO
ESPACIALMENTE VARIADO
OBJETIVO
Estudiar las condiciones en las que es posible tener
este tipo de flujo; para ello, se observa el funcionamiento de un modelo
hidráulico de una presa de almacenamiento cuyo vertedor sea de canal lateral
con descarga creciente.
INSTALACIÓN Y EQUIPO
Modelo de un vertedor con descarga lateral, nivel
montado, nivel de albañil, regla metálica, tubo de pitot, vertedor triangular y
espátula.
DESARROLLO
1. Establezca el cadenamiento en cada una de las
partes importantes que integran el proyecto (inicio y terminación de la cresta
vertedora, sección de control, colector, canal de descarga y estructura
terminal). Adicionalmente, infórmese de la geometría general del modelo (escala
de longitudes, pendientes, taludes, anchos de plantilla, elevación de corona,
etc.).
2. Obtenga el "Ho" sobre la cresta
vertedora y pásela al limnímetro ubicado en el tanque de alimentación. Para
obtener un dato aceptable con el nivel montado, la regla metálica y nivel de
albañil, haga cinco lecturas sobre la cresta y promédielas. En el tanque de
aforos el "Ho" corresponderá a la lectura sobre el vértice del
vertedor triangular.
3. Ubique, en un bosquejo de la estructura (en
planta y perfil), las partes principales
que integran el proyecto. Considere lo establecido en el paso 1.
4. Abra la válvula de alimentación un cierto número
de vueltas procurando no sobrepasar el gasto de diseño. Este dato será
proporcionado por el instructor.
5. Espere el tiempo que sea necesario (aprox. 30
minutos) para dar oportunidad a que se establezca el flujo y se eviten errores
en las lecturas. Lo anterior puede verificarse,
tomando lecturas de "H" cada 10 minutos sobre la cresta
vertedora del vertedor triangular.
6. Tome las lecturas correspondientes en el tanque
de alimentación y de aforos, cuando las variaciones de "H" sean
mínimas entre cada medición.
7. Mida con el tubo de Pitot la velocidad en el
centro del canal, principalmente en las siguientes secciones: Banqueta de
acceso; canal de descarga, cada 20 metros hasta llegar al principio de la
rápida (si se trata de un tanque amortiguador) o el inicio del salto de esquí
(si la disipación de la energía cinética se realiza con esta estructura).
8. Determine la elevación de la superficie libre del
agua en todo el modelo (incluyendo el colector), ayúdese con el nivel montado,
nivel de albañil, regla metálica y espátula.
9. Cierre la válvula de alimentación.
REPORTE
1. Calcule el gasto que pasa por el vertedor y
compárelo con el que se obtenga en la sección de control y el vertedor
triangular. Haga comentarios al respecto.
2. Haga un perfil del vertedor y dibuje la línea de
energía, carga de posición, presión y velocidad.
3. Haga una comparación entre el nivel de la SLA medido y el calculado en
el colector.
4.- ¿Qué numero de Froude se tiene en:
a) la Banqueta de Acceso?
b) la Cresta Vertedora ?
c) la Sección de control?
d) el
Inicio de la
Estructura Terminal ?
Diga
también el régimen que existe en cada caso.
5. ¿ En alguna estación se logra establecer el
tirante normal?
¿sí o
no? ¿por qué?
6. Conclusiones.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son los principios básicos y las
hipótesis que se hacen en este tipo de flujo?
2. ¿Porqué el análisis del flujo especialmente
variado se hace de dos formas (Descarga creciente y decreciente)?
3. Dibuje y defina cada una de las partes que
integran una estructura vertedora con descarga lateral.
4. ¿Cuál es la ecuación dinámica para flujo
creciente y decreciente?
5. ¿Porqué entre el colector y el canal de descarga
se coloca una sección de control?
NOMENCLATURA
SLA =
Superficie libre del agua
g = Aceleración de la gravedad (m/s2)
C1 = Constante de calibración del tubo de
pitot
C = Coeficiente de descarga
Q = Gasto (m3/s)
L = Longitud de la cresta vertedora (m)
Dm = Distancia en modelo (Km.)
Dp = Distancia en prototipo (Km.)
So = Pendiente de la plantilla
MD = Margen Derecha
MI = Margen Izquierda
t = talud
b = Ancho de la base del canal (m)
QD = Gasto de diseño (m /s)
Le = Escala de longitudes
H = Carga sobre el vertedor (m)
Hi = Lectura del nivel que alcanza la
superficie libre del agua en los vertedores (Elevación del agua sobre el
vertedor)
H2 = Elevación de la plantilla
H3 =
Elevación de la SLA
Y = Carga sobre el vertedor
Y2 = Tirante del agua en una sección (m)
T = Espejo del agua en el canal
A =
Area hidráulica (m2)
Qe = Escala de gastos
Ve = Escala de velocidades
NAN = Nivel de Aguas Normales
NAME = Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias
BIBLIOGRAFIA
HIDRAULICA DE LOS CANALES ABIERTOS
Ven Te Chow
Editorial Diana
HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS
Richard
H. French
Editorial
McGraw-Hill
DISEÑO DE PRESAS PEQUEÑAS
Bureau of Reclamation
NOTAS SOBRE EL DISEÑO DE VERTEDORES DE CANAL LATERAL
Luis
Francisco León Vizcaino
Facultad de
Ingeniería UNAM
HOJA DE DATOS
TABLA 1. Geometría general del modelo.
Est.
|
Dm
|
So
|
Elev. De plantilla
|
Elev. De revestim.
|
t
|
b
|
Observacio-nes
|
||
MD
|
MI
|
MD
|
MI
|
||||||
TABLA 2. Lecturas con el limnímetro
Vertedor
|
Ho
(cm)
|
Hi
(cm)
|
||||
Cimacio
|
||||||
Triangular
|
||||||
TABLA 4. Datos generales
QD
|
Elev. NAN
|
No. de bombas
|
|||
Le
|
Elev. NAME
|
No. de vueltas a la válvula
|
|||
L
|
Elev. Azolves
|
Tipo de vertedor
|
|||
C
|
Proyecto
|
H
|
|||
C1
|
Municipio
|
Cortina
|
|||
Elev. corona
|
Estado
|
Capac. de la presa
|
