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INDICE

INTRODUCCION

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECIFICOS

MARCO TEORICO

LABORATORIO Nº1 VERTEDERO

LABORATORIO Nº2 COMPUERTAS

LABORATORIO Nº3

LABORATORIO Nº4

LABORATORIO Nº5 FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION 1

La real aproximación al comportamiento mecánico del agua, permite confrontar las leyes adoptadas por la hidráulica en este caso “Canales Abiertos” con el fin de reconocer sus límites y aplicación ya sea para la prevención o el buen uso de la misma. Los conocimientos adquiridos en las diferentes unidades de la materia Hidráulica II, deben ser experimentados en modelos a escala o estructuras diseñadas para simular un canal abierto que permita cumplir con una aproximación casi real a la esperada en las diferentes superficies por las que se desplaza el fluido en estudio. El trabajo experimental permite un acercamiento al fenómeno esperado, dando la posibilidad de asumir una nueva forma de abordar su estudio permitiendo otras formas de interpretación por medio de cambios leves o bruscos, que le permitan al estudiante identificar el porqué de cada fenómeno así como también la importancia de su conocimiento, aplicación y control dentro de las obras civiles. En efecto, no es con violencia como se pueden hurtar sus secretos, sino con amor; con esa comprensión que se deriva de una larga convivencia con ella, tan larga que ni la vida de un individuo, ni la de muchas generaciones, es suficiente. Hay que atesorar todo lo que la humanidad ha venido aprendiendo, a veces a costa suya, dejándose sorprender; otras, al intentar precaverse, realizando observaciones, ensayos, cálculos. Esto es lo que tratan de hacer los libros de texto, en lo que se refiere a esos aspectos de la hidráulica que se considera puedan requerirse en su práctica actual. Sin embargo, dichos libros, con todos sus méritos, adolecen por lo general de un defecto: crear la ilusión de una ciencia demasiado madura y segura de sí misma; que, algo alejada -a veces- de los fenómenos que pretende dominar, olvida las limitaciones de sus principios y adquisiciones, y hace que parezcan duraderos muchos de los que algún día, tal vez muy cercano, podrían ser puestos en duda o refutados."1

2

OBJETIVO GENERAL

Familiarizar al futuro Ingeniero Civil con los diferentes factores y fenómenos de los canales abiertos estudiados en las diferentes unidades de la materia Hidráulica II, poniendo en práctica los diferentes ensayos tenidos en cuenta para el presente laboratorio, que permitan reconocer el comportamiento del agua por medio de la observación directa, la medición de las variables hidráulicas, el análisis mediante técnicas estadísticas, y la evaluación mediante aproximaciones teóricas analíticas o técnicas numéricas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar por medio de las practicas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, un Flujo Uniforme en el fluido que le permita conocer la pendiente del canal(So), la profundidad normal (Yn), los coeficientes de Manning(n) y Chezy(C) y el número de Froude (NF) con el fin de elaborar los informes respectivos. Determinar por medio de las practicas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, un Flujo Gradualmente Variado por medio del cual, el fluido le permita conocer las condiciones ideales de un flujo gradualmente variado, la pendiente del canal (So), la profundidad normal (Yn), el coeficientes de Manning(n) y los tipos de perfiles, así como su longitud del flujo gradualmente variado. Estudiar por medio de las prácticas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, las características y comportamiento de una chimenea de equilibrio y comprobar la validez de los supuestos teóricos. Analizar por medio de las practicas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, la distribución de presiones y velocidades a lo largo del fondo del canal y sobre la pared de la Compuerta, analizar de igual forma los coeficientes de descarga (Cd) y el coeficiente de contracción (Cc) de una compuerta por medio de las características hidráulicas antes y después de la misma. Analizar experimentalmente por medio de las prácticas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, en un canal rectangular el Resalto Hidráulico para determinar gráficamente la disipación de energía, hallando la longitud del resalto y empleando las ecuaciones teóricas para tal caso. 3

Analizar y calibrar por medio de las prácticas realizadas en el laboratorio de Hidráulica II Canales Abiertos, los vertederos empleados en un canal rectangular que le permita comparar los valores adquiridos con los valores de los textos. MARCO TEORICO

En las siguientes prácticas de laboratorio de la materia Hidráulica II se lograron realizar ensayos en condiciones ideales para representar los diferentes factores que se deben tener en cuenta para las obras civiles que se encuentran relacionadas y tienen razón en canales abiertos especialmente aquellos que transportan agua y que por sus diferentes condiciones cuentan con diferencias en sus pendientes, caudales, dimensiones del canal y por otro conocer y poner en práctica los diferentes elementos mecánicos que se requieren dentro de los mismos canales para controlar la entrada, salida de fluido que sea requerido para esa obra, así como su caudal, presión y energía disipada por el trabajo desarrollado

4

LABORATORIO Nº1 VERTEDEROS

El flujo en un canal abierto puede ser medido mediante un vertedero, que es una obstrucción hecha en el canal para que el líquido retroceda un poco atrás de ella y fluya sobre o a través de ella. Si se mide la altura de la superficie liquida corriente arriba es posible determinar el volumen de flujo. Los vertederos construidos con una hoja de metal u otro material, que permiten que el chorro o manto salga libremente, reciben el nombre de vertederos de cresta aguda, otros vertederos como los de cresta gruesa, soportan el flujo en una dirección longitudinal.

Elementos requeridos para el ensayo

 Una Tubería de alimentación  Canal de sección rectangular  Un piezómetro Procedimiento

 Se realiza el procedimiento para purgar todos los piezómetros comprometidos teniendo en cuenta que debe existir una lámina de agua que los cubra por completo para poder iniciar el procedimiento.  Se tomaron las alturas iniciales de los piezómetros en el vertedero rectangular calibrado y en el vertedero triangular a calibrar.  Se suministró el primer caudal a través de la válvula.  Posterior a que el fluido se estabilice y muestre una altura homogénea a lo largo del canal, se toman las alturas piezométrica de los vertederos tanto rectangular como el triangular.  Se suministra un nuevo caudal por medio de la válvula y al dejar que se estabilicen sus niveles se toman nuevamente la lecturas sobre el vertedero triangular la cual aumenta su línea de agua.

5

Resultados obtenidos Q

Hv RECTANGULAR (cm)

H RECTANGULAR (cm)

1

57

30,6

2

68,7

33

3

59,5

34

4

60

34,4

5

61

35,5

6

61,3

36

7

61,5

36,4

8

62

36,7

Ho (cm) =

54,8

24,7

L (cm) =

22

Teta =

60

Vertedero triangular

6

Vertedero rectangular Cálculos desarrollados. Tabla No. 1. Valores Calculados de Caudal para Diferentes Cargas Altura H, cm

Q, l/s

Altura H, cm

Q, l/s

3

0.14

17

16.7

4

0.42

18

19.2

5

0.80

19

22.0

6

1.24

20

25.0

7

1.81

21

28.3

8

2.52

22

31.8

9

3.39

23

35.5

10

4.44

24

39.5

11

5.62

25

43.7

12

6.98

30

69.0

13

8.54

35

101.5

14

10.25

40

141.7

15

12.19

45

190.1

16

14.33

50

247.5

7

Trazar La Gráfica Q =F(H) Con Los Valores Observados Q

Hv RECTANGULAR (cm)

H RECTANGULAR (cm)

1

57

30,6

2

68,7

33

3

59,5

34

4

60

34,4

5

61

35,5

6

61,3

36

7

61,5

36,4

8

62

36,7

Ho (cm) =

54,8

24,7

L (cm) =

22

Teta =

60

TRIANGULAR (cm)

H TRIANGULAR (cm)

Q RECTANGULAR (lps)

Q TRIANGULAR (lps)

ERROR CAUDALES (%)

Cd VERTEDERO TRIANGULAR

27,3

2,6

68,52

0,17

99,7%

0,673

28,4

3,7

76,74

0,42

99,5%

0,673

30,6

5,9

80,25

1,35

98,3%

0,673

31,8

7,1

81,67

2,14

97,4%

0,673

33

8,3

85,62

3,16

96,3%

0,673

33,9

9,2

87,44

4,09

95,3%

0,673

35,2

10,5

88,90

5,69

93,6%

0,673

36,1

11,4

90,00

6,99

92,2%

0,673

24,7

8

Caudal vs H 100.00 y = 0.4048x1.5

Caudal (lps)

80.00 60.00 40.00 20.00 y = 0.0159x2.5

0.00

0

5

10

15

20

25

30

35

40

H (cm) Q rectangular

Q triangular

Power (Q rectangular)

Power (Q triangular)

Utilizando el método de los mínimos cuadrados n = a1 a0 = y + a1x Tabla Método de los Mínimos cuadrados Q

H Rectangular

H Triangular

Ln Q

LnH R

LnHT

57

30,6

0.6453

0.1823

1.3987

68,7

0.3110

0.5008

1.6677

33

1.1216

59,5

34

0.1148

0.9062

1.8165

1.4689

60

34,4

0.3845

1.1632

1.9601

1.7229

61

35,5

0.5440

1.3151

2.0794

2.0155

61,3

36

0.7008

1.4644

2.1633

2.5940

61,5

36,4

0.9532

1.7047

2.3026

3.1413

62

36,7

1.1446

1.8871

2.4069

0.4331

0.7327

9

Tabla Valores de C y n Rectangular

Triangular

a0

-0.10264

0.22013

81

3.44630

4.86340

Y(-)

1.14047

1.97441

X(-)

0.36071

0.36071

C

0.90245

1.24624

n

3.45

4.86

Q=0.90245*H Q=1.24624*H Para vertedero Rectangular (1) Para vertedero Triangular (2) Calcular el Valor del Coeficiente de Descarga de la Ecuación Tabla No Valor Cd Q

H Triangular

Cd

0.5245

2,6

0.671

0.7327

3,7

0.479

1.1216

5,9

0.505

1.4689

7,1

0.462

1.7229

8,3

0.402

2.0155

9,2

0.381

2.5940

10,5

0.347

3.1413

11,4

0.323

θ

60°

0.44625

10

CONCLUSIONES

 El flujo en el vertedero rectangular sigue una línea parabólica, y a medida que el caudal aumenta la línea se abre.  Cuando el caudal aumenta después de la caída del vertedero rectangular, se presenta mayor turbulencia y mayor contra flujo en las partículas de agua.  La medición del caudal nunca puede ser exacta debido a que el canal presenta irregularidades en su forma en cuanto al ancho que no es siempre igual y por lo tanto es irregular la relación entre nivel y caudal.  Los vertederos sirven para obtener una medición satisfactoria del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres.  Aguas arriba del vertedero el agua se eleva, tocando la cresta del vertedero y se eleva nuevamente.

11

LABORATORIO Nº2 COMPUERTAS

Las compuertas son puertas o barreras móviles que se coloca en los conductos de agua para obtener o controlar su circulación, se clasifican en compuertas ordinarias (soportan pesos pequeños), giratoria (gira sobre el eje vertical aprovechando el exceso de presión en una de sus caras para asegurar el cierre), cilíndricas o de válvula (pueden ser abiertas si alcanzan el nivel superior del agua o cerradas si van montadas sobre una campana de ajuste hermético) y compuerta de sector (empleadas en exclusas de gran salto). Elementos requeridos para el ensayo

 Canal de pendiente Variable de 10 cm de espesor.  Compuerta colocada después del tanque de aquietamiento sobre el canal.  Tablero de piezómetros Vertedero calibrado.  Medidor de aguja desplazable  Sistema de abastecimiento de agua Procedimiento

 Se verifico que la pendiente del canal fuera horizontal.  Se tomó la lectura inicial del vertedero  Se abrió la válvula de suministro del caudal y se dejó pasar sobre el canal una lámina de agua pequeña que sea suficiente para que los piezómetros del P10 hasta el P23 queden cubiertos de agua  Realizaron los procedimientos para purgar los piezómetros que se encontraban expuestos al aire y contenían cantidades del mismo.  Se tomaron las lecturas de altura de la lámina de agua utilizando el medidor de agua desplazable.  Se tomaron las lecturas iniciales en el panel de control de los piezómetros (P6,… P10) como nivel de referencia cero.  Se determinó la abertura de la compuerta, maniobrando el volante de la misma hasta dejarla en un punto para que quedara constante el resto de la práctica.  Se suministró un primer caudal permitiendo el paso de agua constante sobre el canal para el registro de un primer valor.  Se procedió a purgar los piezómetros que no se habían cubierto por agua.

12

 Se tomó nuevamente la altura de lámina de agua desde el piezómetro 10 al 11 con el medidor de aguja desplazable.  Al dejar estabilizar el flujo de agua con el resalto establecido se procedió a tomar las lecturas en el vertedero para determinar la labor realizada.  Se tomó el medidor de aguja desplazada con el fin de medir la altura de la lámina de agua y las medidas de los diferentes piezómetros.  Se suministró un segundo caudal de agua permitiendo que la compuerta permaneciera con la misma posición inicial al anterior caudal y al dejar estabilizar los niveles se tomaron nuevamente las lecturas realizando los últimos pasos ya mencionados.  Se modificó la posición de la compuerta y posterior a tomar la lectura de la lámina de agua de los piezómetros 10 y 11 se procedieron a tomar los valores con un caudal inicial y posteriormente con un segundo caudal. Resultados obtenidos COMPUERTAS

Columna1

Columna2

Columna3

Columna4

Columna5

Columna6

Columna7

PIEZÓMETRO No.

LEC. INICIAL

a1 (cm) =

2

a2 (cm) =

3

a3 (cm) =

3,5

Q1

Q2

Q1

Q2

Q1

Q2

1

N/A

31,5

31,8

31,4

42,9

24,7

28,1

2

N/A

34,3

36

33,7

44,1

25,9

29,4

3

N/A

31,8

32,5

33,6

45,1

25,9

29,8

4

N/A

35,8

32,9

33,7

44,7

26,7

29,9

5

N/A

35,8

33

33,8

44,8

28,2

30

6

1,03

32,2

32,8

33,9

44,7

26,1

29,8

7

1,03

29

29,8

28,4

38,3

21,9

25

8

1,03

8,8

12,1

16

20,4

12,9

14,6

9

1,03

2

1,6

3,2

4

4

3,9

10

1,03

1,8

1,7

2,7

2,3

2,9

2,5

ho

10,8

10,8

10,8

10,8

10,8

10,8

10,8

13

Y

1,8

33,2

1,8

34,1

2,3

27

2,3

Hv

25

25

25,5

27,9

28,3

27,8

28,1

Lectura inicial del vertedero Ho =

10,8

Carga del vertedero H = Hv - Ho =

14,2

Longitud de la compuerta (cm) =

20,8

Compuerta de pendiente variable

14

Medidor de agua desplazable

Tabla No. 1. Datos para la gráfica de Cc en función cíe a/hc Cc

H0

a/H0

a

Q1

Q2

Q1

Q2

Q1

Q2

2

0,866

0,933

31,17

31,77

0,064

0,063

2,5

0,888

0,800

32,87

43,67

0,076

0,057

3

0,883

0,848

25,07

28,77

0,120

0,104

15

Cc vs

a/h0

0.940 0.920 0.900 Cc

0.880 0.860 0.840 0.820 0.800 0.780 0.000

0.020

0.040

0.0...