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Laboratorio Energia

Date post: 15-Jan-2016
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Trabajo de laboratorio de hidraulica
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR Facultad De Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática Escuela de Ingeniería Civil Hidráulica I Título: “Gasto a través de una compuerta plana” Informe N°: 1 Alumno: Quilumbaquin Alvarez Emerson Patricio Curso: 3 Paralelo: 1 Docente: Ing. Paulina Lima Día y hora: Lunes, 09h00-11h00
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Page 1: Laboratorio Energia

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

Facultad De Ingeniería Ciencias Físicas y Matemática

Escuela de Ingeniería Civil

Hidráulica I

Título:

“Gasto a través de una compuerta plana”

Informe N°:

1

Alumno:

Quilumbaquin Alvarez Emerson Patricio

Curso: 3 Paralelo: 1

Docente: Ing. Paulina Lima

Día y hora: Lunes, 09h00-11h00

Fecha de realización de la práctica: 10 de Febrero del 2015

Page 2: Laboratorio Energia

Fecha de entrega de informe: 23 de Febrero del 2015

INTRODUCCIÓN

Las compuertas desde el inicio de la Hidráulica han sido de importancia para el desarrollo de la humanidad; son usadas en múltiples obras, tales como los canales, presas, embalses, etc... Con la finalidad de alivianar, mantener o soportar un nivel de agua. En la actualidad generalmente se usan en obras relativamente grandes como el Canal de Panamá; ésta monumental obra desde su creación ha simplificado el tránsito marino, evitando realizar un exhausto recorrido por todo Centro y Sudamérica.

Una compuerta es una placa móvil, plana o curva, que al moverse verticalmente permite graduar la altura del orificio que se va descubriendo en su parte inferior, controlando la descarga producida .El orificio que forma la compuerta generalmente se encuentra en el fondo de un canal y coincide, generalmente, con el ancho de éste. Las características del flujo que atraviesa esta compuerta pueden analizarse mediante una red de flujo, tal y como se muestra en la figura. Dependiendo de las necesidades o condiciones de uso, éstas pueden ser clasificadas de diferentes formas.

Un caso especial de compuertas son: las planas rectangulares que también puede ser considerada como deslizante. Ver Anexo 1 En dónde se cumple que:

La energía en 1 es aproximadamente igual a la energía en 2.

E1= Y1 + v2

2g.(Y 1) ≈ E2=

Y2+ v2

2g.(Y 2)

Page 3: Laboratorio Energia

La profundidad del flujo en la vena contracta, Y2, se relaciona con la abertura, a, por medio del coeficiente de contracción (cc).

Y 2=cc .aentonces cc=Y 2a

El Coeficiente de velocidad es igual a cv=0.960+0.979 .aY 1

El Coeficiente de Descarga es igual a :

La línea de energía V2

2g( yc )es iguala 1

2.YC

El Caudal Teórico es igual a: Qt=cd x b x ax √2gY 1

OBJETIVOS:

Generales:

1.-Determinar el gasto que fluye a través de una compuerta hidráulica plana y su coeficiente de descarga.

Específicos:

1.-Determinar las características geométricas de la compuerta.

2.-Determinar los coeficientes de descarga, contracción y velocidad de la compuerta.

3.-Calcular el caudal real con cada uno de los coeficientes determinados.

4.-Comparar el caudal real obtenido volumétricamente, con el calculado usando los coeficientes.

MATERIALES Y EQUIPOS:

Materiales:

1.-Una Probeta A ± 1 ml

2.-Cronómetro A ± 1 s

3.- Recipiente

4.- Una jarra

5.-Una regla A± 0.001 m

5

2

3

4

1

Page 4: Laboratorio Energia

Equipos:

1.- Canal de Flujo Ajustable

PROCEDIMIENTO:

1.-Establecer 2 equipos de trabajo; el primero se dedicará a determinar los valores del caudal volumétrico y el segundo a determinar los parámetros en la compuerta plana rectangular.

2.-Solicitar el material a las personas encargadas del Laboratorio.

3.-Establecer la abertura de la compuerta y solicitar prender la bomba del equipo.

4.-El primer grupo con ayuda de un cronómetro, una probeta, una jarra y un recipiente, empezará a establecer el caudal volumétrico de la siguiente manera:

-Durante un intervalo de tiempo recoger un volumen de agua en el recipiente.

-Luego determinar la cantidad de volumen de agua recogido, con ayuda de la jarra y probeta.

- Finalmente dividir el volumen recogido en [l] para la duración del intervalo de tiempo en [s]. Obteniendo así el caudal en [l/s].

-Repetir los procesos anteriores 3 veces más.

5.- El segundo grupo, medir los tirantes generados aguas arriba y aguas debajo de la compuerta.

6.-Compartir los datos, resolver el cuestionario y presentar el informe respectivo.

1

Page 5: Laboratorio Energia

TABLAS Y DATOS: Tabla N°1. Obtención de datos en la compuerta

Parámetro

Valor [cm]

Valor [m]

Y1 27.8 0.278Y2 1.5 0.015YC 2.1 0.021a 2.2 0.022b 10.7 0.107

v2

2g(Y 1)

0.4 0.004

v2

2g(Y 2)

25.3 0.253Y1/a

Adimensional

12.64 12.64

Dato

v2

2g( y )

[m]

VelocidadV =

√2.g . v22g ( y )

[m/s]

1. v2

2g(Y 1)

0.004 V 1=0.280

2. v2

2g(Y 2)

0.253 V 2=2.228

Page 6: Laboratorio Energia

Tabla N°2. Cálculo del Caudal Volumétrico

N°Tiempo [t] Tiempo Prom. Volumen[V] Caudal[Q = V/t] Caudal[Q = V/t]

[s] [s] [l] [l/s] [x10-3 m3/s]

1

1.58

1.605 5.330 3.321 3.3211.811.501.53

2

1.20

1.228 3.690 3.006 3.0061.201.311.20

3

2.03

1.885 6.070 3.220 3.2201.701.831.98

4

0.65

0.850 2.730 3.212 3.2120.910.990.85

CÁLCULOS:

Cálculo del coeficiente de descarga

-Determinación del Coeficiente de contracción (cc)

Y 2=cc .aentonces cc=Y 2a

cc=0.015m0.022m

cc=0.682

- Determinación del Coeficiente de velocidad (cv)

cv=0.960+0.979 . aY 1

cv=0.960+0.0979 . 0.0220.278

cv=0.968

Page 7: Laboratorio Energia

-Determinación del Coeficiente de descarga

cd= 0.682 x0.968

√1+ 0.682x 0.0220.278

cd=0.643

Cálculo del coeficiente de descarga usando el ábaco

Y 1a

=0.278m0.022m

=12.64

1.- Con líneas rojas se delimitó las líneas 12 y 13.

2.- La mitad (12.5) se delimitó con línea color cian.

3.-Se dividió el segmento (12.5 – 13) en 5 partes iguales, con líneas púrpura.

4.- Con color verde se estableció la línea aprox. (12.64), posteriormente se determinó su intersección con el eje del coeficiente de gasto .Obteniendo así el par ordenado: [12.64; 0.6].

5.-El valor del coeficiente de descarga obtenido es cd=0.6.

[12.64; 0.6]

Zoom a las divisiones realizadas

Page 8: Laboratorio Energia

Cálculo de la curva de energía específica

Energía Específica (Energía por kilogramo de agua, que fluye por la sección en estudio).

-Cálculo de la Energía en cada Punto

E1= Y1 + v2

2g.(Y 1) E2= Y2+ v

2

2g.(Y 2) EC = YC +

v2

2g.(YC)

E1=27.8 + 0.4 E2= 1.5 + 25.3 EC= YC + 12YC =

32(2.1)

E1 = 28.2 E2= 26.8 EC= 3.15

-Gráfico de la curva de energía específica

-Cálculo del número de Froude

Crítico

Súper Crítico

Flujo

SubCrítico

Page 9: Laboratorio Energia

N° de Froude Fr=v

√gy

Fr1= V 1

√g .Y 1= 0.280

√9.81x 0.278=0.17

Fr c= V c

√g .Y c=1

Fr2= V 2

√g .Y 2= 2.228

√9.81 x0.015=5.81

-Determinación de las zonas de flujo

Cálculo del caudal teórico (Qt)

Qt=cd x b x ax √2gY 1

Qt=0.643x 0.107 x 0.022x √2 x 9.81x 0.278

Qt=3.53x 10−3 [m 3s ]equivalente a3.53 [ ls ]Comparación entre el caudal de aforo y el caudal teórico

Caud

al

x 10-3

[m3/s]

Conclusión

Aforo

1 3.321

De los cuatro aforos realizados, éste se aproxima

mucho más al caudal teórico. Tiene una diferencia

de 0. 209 x 10-3 [m3/s]

Aforo

23.006

Es el aforo más lejano al caudal teórico.

Aforo 3.220 Estos dos aforos son muy aproximados entre sí,

Zona

Fr Comparación

Conclusión

Y1 0.17

Fr < 1 Flujo Subcrítico

YC 1 Fr = 1 Flujo CríticoY2 5.8

1Fr > 1 Flujo

Supercrítico

Page 10: Laboratorio Energia

3 pero no se acercan al caudal teórico.

Su diferencia es 0.310 y 0.318 ( x10-3) [m3/s]

respectivamente

Aforo

43.212

Teóri

co3.530

El aforo 1 es el que más se aproxima a éste.

Page 11: Laboratorio Energia

CUESTIONARIO

1. Determinar los coeficientes de gasto, velocidad y

contracción.

-Determinación del Coeficiente de contracción (cc)

Y 2=cc .aentonces cc=Y 2a

cc=0.015m0.022m

cc=0.682

- Determinación del Coeficiente de velocidad (cv)

cv=0.960+0.979 . aY 1

cv=0.960+0.0979 . 0.0220.278

cv=0.968

-Determinación del Coeficiente de descarga

cd= 0.682 x0.968

√1+ 0.682x 0.0220.278

cd=0.643

2. Calcular el gasto real utilizando los coeficientes

determinados en la práctica.

Cálculo del caudal Real (Qr) ; cd= 0.60 ( cd fue obtenido del ábaco)

Qr=cd xb x a x √2 gY 1

Qr=0.60 x 0.107 x0.022 x√2 x9.81 x0.278

Qr=3.30 x10−3[m3s ]equivalente a3.30[ ls ]

Page 12: Laboratorio Energia

3. Comparar los coeficientes obtenidos en la práctica con

los determinados, utilizando los ábacos respectivos.

Coeficient

e

Coeficient

e

Obtenido

Coeficient

e usando

El ábaco

Comparación

Contracció

n (cc) 0.682 -

Se obtuvo directamente

aplicando las fórmulas.

Velocidad

(cv) 0.968 -

Se obtuvo directamente

aplicando las fórmulas.

Descarga

(cd) 0.643 0.60

El coeficiente obtenido es

mayor en 0.043 al coeficiente

determinado usando el ábaco.

CONCLUSIONES:

1.-El gasto teórico que fluye a través de una compuerta hidráulica plana está dado por la fórmula Qt=cd x b x ax √2gY 1

2.-El Coeficiente de Descarga está obtenido con la fórmula cd = 0.643; es mayor que el coeficiente obtenido con la ayuda de un ábaco cd = 0.60; pero aproximadamente igual.

3.- La abertura de la compuerta a = 2.2 [cm] y su ancho b= 10.7 [cm].

4.- Los coeficientes obtenidos de la compuerta; de velocidad, contracción respectivamente son: cv=0.968, cc=0.682.

5.-Comparación de Caudales:

o El caudal teórico calculado con el Coeficiente de descarga cd obtenido mediante las fórmulas es = 3.53 [l/s]

Page 13: Laboratorio Energia

o El caudal teórico calculado con el Coeficiente de descarga obtenido con ayuda del ábaco es = 3.30 [l/s]

o El caudal experimental obtenido que más se aproxima (Aforo 1) =3.321[l/s]

Hay una semejanza entre los caudales obtenidos, ligera variación puede ser producto de una leve descoordinación al momento del aforo. Pero personalmente al error lo considero aceptable. Error = 0.029 [l/s]

6.- El flujo crítico es el punto en dónde el número de Froude es igual a uno y además la energía específica es mínima para un caudal determinado.

En el flujo crítico o cerca de él es una zona inestable, esto se debe a que un pequeño cambio de energía específica en estado crítico o cerca de él, producirá un cambio grande en la profundidad; cuando el flujo está cerca del estado crítico, la superficie del agua aparece inestable y ondulada.

Estos cambios de energía son causados por variaciones en la rugosidad del canal, la sección transversal, la pendiente o algunos depósitos de sedimentos o basuras.

RECOMENDACIONES:

BIBLIOGRAFÍA:

ANEXOS:

Page 14: Laboratorio Energia

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