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LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

INFORME DE HIDRÁULICA DE CANALES

LABORATORIO N° 03 – FLUJO GRADUALMENTE VARIADO ASIGNATURA: HIDRAULICA DE CANALES

DOCENTE: ING.GIAN FRANCO PEREZ GARAVITO

INTEGRANTES: 

HERMOZA MEJIA ALCIDES – 1212025



OLORTIGA FLORES ANDDY – 1532841



MENACHO BENDEZU NICOLE – 1524898



ESPINOZA ARROYO VLADIMIR – 1612573



MASCCO HURTADO LEONARDO - 1623484

FECHA DE LABORATORIO: 24/02/2020

Página 1

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

INDICE INDICE

2

1.

INTRODUCCIÓN

3

2.

OBJETIVOS

4

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL

4

2.2 OBJETIVO SECUNDARIO

4

3.

MARCO TEORICO

4

4.

FUNDAMENTOS Y FORMULAS

10

5.

MATERIALES Y EQUIPO (EPP)

18

6.

PROCEDIMIENTO

19

7.

OBTENCIÓN DE DATOS

20

8.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

21

8.1 METODO DE PASO DIRECTO

21

8.2 METODO DEL PASO ESTANDAR

23

MEMORIA DE CALCULO

26

9.

13. CONCLUSIONES

28

14. RECOMENDACIONES

28

15. BIBLIOGRAFIA

29

Página 2

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

1.

INTRODUCCIÓN

El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por la acción de la gravedad y solo están parcialmente envueltos por un contorno sólido. En el flujo de canales abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él no actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión atmosférica. El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en ríos, arroyos, etc., si bien en general, con secciones rectas del cauce irregulares. De forma artificial, creadas por el hombre, tiene lugar en los canales, acequias, y canales de desagüe. En la mayoría de los casos. Los canales tienen secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales. También tienen lugar el flujo de canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a conducto lleno. En los sistemas de alcantarillado no tiene lugar, por lo general, el flujo a conducto lleno, y su diseño se realiza como canal abierto. En el presente informe se presenta el flujo rápidamente variado cuando en una corta distancia se presente un cambio brusco en las características del flujo, el ejemplo más representativo de este tipo de flujo es el salto hidráulico. Cuando ocurre un cambio de régimen del flujo de supercrítico a subcrítico, generalmente se manifiesta mediante un cambio brusco en la elevación del agua, de un nivel bajo a uno alto, acompañado por una disipación importante de energía, se conoce como salto hidráulico, en el cual se presentan dos tirantes denominados tirantes conjugados. Este fenómeno local se considera como el ejemplo más claro de un flujo rápidamente variado. Este cambio de régimen generalmente va acompañado por una importante pérdida de energía. (Estrada Gutiérrez) Partiendo de la ley del impulso y cantidad de movimiento aplicada a un canal de sección cualquiera, donde el subíndice 1 indica las características hidráulicas del régimen supercrítico asociadas al tirante conjugado menor, y el subíndice 2 las características hidráulicas del régimen subcrítico asociadas al conjugado mayor, se particularizan los resultados a diferentes secciones transversales. (Estrada Gutiérrez).

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2.

OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL Aprender un método de estimación del caudal máximo que drena por una corriente natural, cuando los datos disponibles no son suficientes para justificar el uso de técnicas más comunes.

2.2 OBJETIVO SECUNDARIO  Observar y calcular las características de un movimiento gradualmente variado.  Aprender a identificar los diversos tipos de perfiles gradualmente variado, que se pueden presentar en canales abiertos.  Verificar el establecimiento del perfil gradualmente variado, en un canal rectangular y evaluarlo, aplicando un método de cálculo.  Comparar los resultados de las mediciones que se obtengan experimentalmente con lo obtenido aplicando un método de cálculo (Estándar).  En el perfil del flujo establecido, determinar el tipo de perfil le corresponde.

3.

MARCO TEORICO

¿QUÉ ES UN CANAL? En ingeniería se denomina canal a una construcción destinada al transporte de fluidos, generalmente utilizada para agua, y que, a diferencia de las tuberías, es abierta a la atmósfera. También se utilizan como vías artificiales de navegación. La descripción del comportamiento hidráulico de los canales es una parte fundamental de la hidráulica y su diseño pertenece al campo de la ingeniería hidráulica, una de las especialidades de la ingeniería civil e ingeniería agrícola. En el campo de hidráulica de canales, surgió la necesidad de medir el flujo con estructuras simples, siendo unas de las primeras, el canal Venturi que utiliza la energía específica en el régimen crítico, que se origina en la sección de la garganta del canal Venturi.

Página 4

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En canales rectangulares, cuando se instalan un Venturi, el caudal que fluye funciona en condiciones subcríticas, aguas arriba. En el estudio de canales, se trata distintos tipos de flujos, que se resume en: I.

Flujo permanente a. Flujo uniforme b. Flujo variado

II.

-

Flujo gradualmente variado

-

Flujo rápidamente variado

Flujo no permanente a. Flujo uniforme no permanente (raro) b. Flujo no permanente (es decir, flujo variado no permanente) -

Flujo gradualmente variado no permanente

-

Flujo rápidamente variado no permanente

De igual forma se muestra la clasificación, en el siguiente gráfico N°01:

Gráfico N°01. El gráfico muestra los perfiles en un flujo

El flujo gradualmente variado (F.G.V.) está dentro de la clasificación mostrada.

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FLUJO GRADUALMENTE VARIADO En este capítulo observamos el comportamiento del Flujo Gradualmente Variado que se refiere a un flujo permanente cuya profundidad varia gradualmente en la dirección del canal, de tal manera que las líneas de corriente son rectas y prácticamente paralelas y por lo mismo, la distribución hidrostática de presiones prevalece en cada sección. Debido a que el flujo gradualmente variado involucra cambios pequeños de profundidad, este flujo está relacionado con longitudes grandes del canal. El flujo variado puede ser clasificado como rápidamente variado o gradualmente variado. En el primer caso (rápidamente variado) el tirante de flujo cambia abruptamente en una distancia corta, por ejemplo, el resalto hidráulico. En el otro caso, se requiere distancias mayores para que alcancen a desarrollarse los perfiles de flujo gradualmente variado. En un canal con flujo permanente uniforme pueden existir causas que retardan o aceleran por un aumento o disminución de la profundidad del flujo, respectivamente. El cálculo del flujo gradualmente variado es parte de la práctica de la ingeniería hidráulica. La ecuación convencional del flujo gradualmente variado se expresa en función de la pendiente de fondo So, la pendiente de fricción Sf, y el número de Froude F (Chow 1959; Henderson 1966). En este trabajo, la ecuación de flujo gradualmente variado se expresa alternativamente en función de la pendiente de fondo So , la pendiente crítica Sc , y el número de Froude F. El examen de esta ecuación revela que el gradiente de profundidad dy/dx está limitado a valores fuera del rango comprendido entre So y Sc . Este análisis mejora y completa la definición de rangos de gradiente de profundidades en las curvas de remanso.

Página 6

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ECUACIÓN DEL FLUJO GRADUALMENTE VARIADO La ecuación de flujo gradualmente variado es (Chow 1959, página 220; Henderson 1966, página 130):

dx ___

So - Sf ___________________

=

(1)

1 - [(Q 2 T ) / (g A 3)]

dy

En la cual y = profundidad, x = distancia a lo largo del canal, dy/dx = gradiente de profundidad, Q = caudal o descarga, T = ancho de la superficie libre, A = área de flujo, y g = aceleración de la gravedad. Esta ecuación es válida para pendientes pequeñas (So < 0.1), lo cual es el caso típico. La pendiente de fricción en términos del coeficiente de Chezy C es (Chow 1959):

Sf

=

Q2 __________

(2)

C2A2R

En la cual R = A/P = radio hidráulico, and P = perímetro mojado, El número de Froude en términos de descarga Q es (Chow 1959):

F

2

=

Q2T _______

(3)

gA3

Combinando las ecuaciones 2 y 3 se obtiene:

Sf = (P / T ) (g / C 2) F 2

(4)

Página 7

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En el flujo normal crítico F = 1, y la pendiente de fricción para el flujo crítico, es decir, la pendiente crítica, es:

Sc = (Pc / Tc ) (g / C 2)

(5)

Combinando las ecuaciones 1, 4, y 5:

dy ___

=

So - Sc F 2 ___________

(6)

1-F2

dx

La cual es estrictamente válida para la siguiente condición: P /T = Pc /Tc . Esta última condición se satisface en un canal hidráulicamente ancho, para el cual T es asintóticamente igual a P.

Para mayor facilidad de expresión, la gradiente de profundidad se redefine como Sy = dy/dx. Resolviendo la ecuación 6 para el número de Froude:

𝐹2 =

𝑆0 − 𝑆𝑌 𝑆𝐶 − 𝑆𝑌

(7)

Tomando en cuenta que F 2 > 0, la gradiente de profundidad debe satisfacer las siguientes desigualdades:

So ≥ Sy ≤ Sc

(8)

Página 8

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So ≤ Sy ≥ Sc

(9)

Lo cual limita la gradiente de profundidad Sy a valores fuera del rango comprendido entre So y Sc . Además, la ecuación 6 puede ser alternativamente expresada como sigue:

Sy ___ Sc

=

( So / Sc ) - F 2 ______________

(10)

1-F2

La ecuación 10 es la ecuación de flujo permanente gradualmente variado expresada en términos de la pendiente de fondo So , la pendiente crítica Sc , y el número de Froude F. La pendiente de fondo podría ser positiva (supercrítica, crítica, o subcrítica), cero (horizontal), o negativa (adversa). La pendiente crítica (Ecuación 5) y el número de Froude (Ecuación 3) son siempre positivos.

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4.

FUNDAMENTOS Y FORMULAS

El Flujo Gradualmente Variado, es un flujo permanente cuya profundidad varía suave o gradualmente a lo largo de la longitud del canal. Véase el Gráfico Nº 02.

Gráfico N°02: El grafico muestra el flujo gradualmente variado

El grafico N°02, es una sección longitudinal de un canal rectangular donde se desarrolla un movimiento permanente gradualmente variado, con un caudal “Q” constante. La energía total, considerando un coeficiente de Coriolis igual a 1 y que la pendiente del fondo sea pequeña es: 𝐻=

𝑉2 +𝑦+𝑧 2𝑔

La variación de la energía a lo largo del canal es

𝑑ℎ 𝑑𝑥

, siendo “x” las coordenadas

en la dirección de la corriente. Derivando la ecuación de la energía total H con respeto a “x” se tiene: 𝑑ℎ = 𝑑𝑥

𝑉2 𝑑 [2𝑔 + 𝑦 + 𝑧] 𝑑𝑥 Página 10

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-

La pendiente S0 del fondo del canal es el seno del ángulo Ɵ.

-

La pendiente SE de la línea de energía se obtiene a partir de la ecuación de Chezy o de la Manning.

-

La pendiente se asume positiva si desciende en la dirección del flujo y como negativa si asciende en la dirección del flujo. La variación de energía ΔH es siempre negativa en la dirección del flujo.

-

La variación de la elevación del fondo o pendiente del canal ΔZ puede ser positiva o negativa.

En el grafico N°02, Δz es negativa. 𝑆𝑂 = 𝑠𝑒𝑛Ɵ = −

𝑑𝑧 𝑑𝑥

𝑑𝐻 𝑉2 𝑉 2 𝑛2 𝑆𝐸 = − =− 2 =− 4 𝑑𝑥 𝐶 𝑅 𝑅3 Luego 𝑉2 𝑑 [2𝑔 + 𝑦 + 𝑧] 𝑑𝑥

− 𝑆0 = −𝑆𝐸

𝑉2

Pero (2𝑔 + 𝑦) es la energía especifica E. Por lo tanto: 𝑑𝐸 = 1 − 𝐹2 𝑑𝑦 -

Donde F es el número de Froude.

Luego combinando las dos últimas expresiones se obtiene una de las formas de la ecuación general del movimiento. 𝑑𝑦 𝑆𝑂 − 𝑆𝐸 = 𝑑𝑥 1 − 𝐹2 Para el cálculo del flujo del flujo gradualmente variado, en el presente laboratorio, se utilizara el método estándar, de acuerdo al siguiente grafico N°03.

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Grafico N°03: Grafico del movimiento gradualmente variado

Aplicando la ecuación de energía entre las dos secciones apartadas una distancia finita ΔL incluyendo el término de la perdida, se obtiene: 𝑉12 𝑉22 + 𝑆0 ∆𝐿 + 𝑦𝑖 = + 𝑦2 + 𝑆∆𝐿 2𝑔 2𝑔 Al despejar, la longitud del tramo se obtiene: (𝑉12 − 𝑉22 ) ) + 𝑦1 − 𝑦2 2𝑔 ∆𝐿 = 𝑆 − 𝑆0 (

Si las condiciones de una sección son conocidas, por ejemplo, en la sección 1 y se desea la profundidad y2 a una distancia ΔL aguas abajo, se requiere una solución de prueba y error. El procedimiento es como sigue: -

Suponer una profundidad y2, luego calcular A2 y V2 .

-

Para la y2 supuesta, encontrar el promedio de y, P y A para el tramo, y calcular S. (Para canales rectangulares y = (y1 + y2 )/2, con A y R calculados para esta profundidad).

-

Para calcular ΔL se utiliza la última ecuación.

-

Si ΔL no es el correcto, suponer una y2 nueva y repetir el procedimiento.

Página 12

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La ecuación del flujo gradualmente variado expresa la pendiente de la superficie longitudinal del flujo con respecto al fondo del canal. Por consiguiente, puede utilizarse para describir las características de varios perfiles de flujo o perfiles de la superficie de agua del flujo presentándose de acuerdo o al tirante normal, tirante crítico y pendiente del

fondo,

clasificándolo el flujo gradualmente variado, de acuerdo a los siguientes tipos de flujo, en canales prismáticos, mostrados en la Tabla Nº 01 y Gráfico Nº 04. 

Pendiente adversa; su pendiente de fondo es negativa es decir la cota del fondo del canal crece en dirección de flujo, a estas pendientes se las clasifica como curvas de tipo A.



Pendiente horizontal: se da cuando la pendiente de fondo es igual a cero, toma el nombre como curva de tipo H



Pendiente crítica: es cuando la pendiente del fondo del canal es igual a la pendiente crítica, toma el nombre como curvas de tipo C.



Pendiente fuerte: la pendiente del fondo del canal será mayor que la pendiente crítica, a estas curvas se les llama curvas de tipo S.



Pendiente suave: la pendiente de fondo del canal es menor que la pendiente crítica, se clasifica como curvas de tipo M.

Gráfica N°04: Tipos de Pendiente

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Gráfica N°05: Tipos de perfiles de flujo en canales prismáticos

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Gráfico Nº 06: Clasificación de los perfiles de flujo gradualmente variado.

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MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA ECUACIÓN DE FLUJO Existen tres métodos: 

Método de Integración gráfica



Método de Integración directa



Método de Paso.

MÉTODO DE INTEGRACIÓN GRÁFICA: Su fin es integrar la ecuación dinámica del flujo gradualmente variado con la ayuda de un gráfico y posteriormente un procedimiento gráfico. Este método se lo aplica cuando se tiene canales prismáticos y no prismáticos de cualquier pendiente y forma. Una de sus mayores inconvenientes es que puede volverse complicada su solución cuando se aplica a problemas reales.

MÉTODO DE INTEGRACIÓN DIRECTA: La ecuación diferencial del flujo gradualmente variado no se puede expresarla en término de y para todos los tipos de secciones transversales de un canal, porque lo que se tiene que una integración exacta es casi imposible. Para el método de Bakhmeteff, se considera a la longitud en dividirla en tramos cortos, además se supone que la pendiente crítica está dentro de un rango pequeño de variación de la profundidad en cada tramo y se supone que es constante, por lo que se puede realizar una integración mediante la ayuda de una función de flujo variado. Pero Manonobe realizó unas suposiciones en los cambios de velocidad y altura de fricción donde ya no se requiere dividir la longitud del canal en tramos pequeños si no que con esa mejora se puede obtener un cálculo más directo y preciso. Pero al aplicarlo a la realidad no es muy satisfactorio. Una desventaja de este método es el manejo de tablas, los cuales no son suficientes exactas. Lee creo un método más satisfactorio, donde se crea una ecuación que contiene funciones de flujo variado, y la solución puede simplificarse.

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Gráfica N°07

MÉTODO DE PASO DIRECTO: En este método procede a dividir al canal en tramos pequeños o cortos y empezar a realizar los cálculos desde un extremo hacia el otro extremo. A través de los estudios existen diferentes métodos de paso directo, pero se tenido buenos resultados, este método se lo hace en canales prismáticos.

Gráfica N°08

Sf= pendiente de fricción.

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5.

MATERIALES Y EQUIPO (EPP) 

Canal de pendiente variable

Grafica N°05 – Canal de Hidráulica



Tablero de operación

Grafica N° 06 – Tablero de Operación



Una regla metálica

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6.



Una wincha de 5.0 mts.



Plumones de pizarra

PROCEDIMIENTO

Para realizar el experimento, se procederá de la forma siguiente: a. Colocar el sensor de emergencia de nivel de agua al final del canal, como se muestra en la Grafica N°07.

Grafica N°07: La vista de muestra el sensor de emergencia

b. Ajustar la pendiente del canal a una pendiente pronunciada. c. Establecer un caudal en el canal, estabilizado durante 2 minutos y tomar la lectura del caudal y pendiente en el display de equipo. d. Localizar el perfil del flujo gradualmente variado en el canal de vidrio. e. Se secciona el canal en tramos cada 10cm en una longitud de 1.50m a 2.00m, en la zona del perfil localizada. f. Medir con el limnimetro los tirantes del flujo en las seccionas dividas. g. Se mide el ancho del canal. h. Tabular los datos en las siguientes del canal.

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7.

OBTENCIÓN DE DATOS 𝑙𝑡

Caudal

: 14.1

Pendiente

: 3.10%

Ancho del canal

: 30 cm

𝑠

N° Sección 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

L (cm) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Cota Fondo (m) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

Cota Superficial "Y" (m) 0.167 0.171 0.174 0.176 0.181 0.184 0.187 0.188 0.191 0.195 0.198 0.201 0.205 0.209 0.211 0.214

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8.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

8.1

METODO DE PASO DIRECTO ∆x

∑∆x

L

(mx)

(mx)

(cm)

0.000000

0.000000

0.000000

0

0.000266

0.000274

-0.124108

-0.124108

10

0.124

1.178

0.000254

0.000260

-0.093310

-0.217418

20

0.217

0.267

1.180

0.000246

0.000250

-0.062308

-0.279726

30

0.280

0.082

0.260

1.184

0.000231

0.000238

-0.140468

-0.420194

40

0.420

0.668

0.083

0.255

1.187

0.000219

0.000225

-0.109497

-0.529692

50

0.530

0.056

0.674

0.083

0.251

1.190

0.000210

0.000215

-0.094011

-0.623703

60

0.624

0.188

0.056

0.676

0.083

0.250

1.191

0.000207

0.000209

-0.031367

-0.655070

70

0.655

8

0.191

0.057

0.682

0.084

0.246

1.194

0.000199

0.000203

-0.094189

-0.749259

80

0.749

9

0.195

0.059

0.690

0.085

0.241

1.198

0.000189

0.000194

-0.125777

-0.875036

90

0.875

10

0.198

0.059

0.696

0.085

0.237

1.201

0.000181

0.000185

-0.094466

-0.969502

100

0.970

11

0.201

0.060

0.702

0.086

0.234

1.204

0.000175

0.000178

-0.094572

-1.064074

110

1.064

12

0.205

0.062

0.710

0.087

0.229

1.208

0.000166

0.000170

-0.126252

-1.190326

120

1.190

13

0.209

0.063

0.718

0.087

0.225

1.212

0.000158

0.000162

-0.126416

-1.316742

130

1.317

14

0.211

0.063

0.722

0.088

0.223

1.214

0.000154

0.000156

-0.063266

-1.380008

140

1.380

15

0.214

0.064

0.728

0.088

0.220

1.216

0.000149

0.000151

-0.094967

-1.474975

150

1.475

Sección

Cota Superficial "Y" (m)

(m2)

(m)

(m)

(m/s)

0

0.167

0.050

0.634

0.079

0.281

1.171

0.000283

1

0.171

0.051

0.642

0.080

0.275

1.175

2

0.174

0.052

0.648

0.081

0.270

3

0.176

0.053

0.652

0.081

4

0.181

0.054

0.661

5

0.184

0.055

6

0.187

7

N°

A

P

R

V E

Sf

Sf

Página 21

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PERFIL FLUJO TEORICO

0.22

0.21

0.2

0.19

0.18

0.17

0.16

0.15 0.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

PERFIL DE FLUJO 0.240 0.220 0.200 0.180 0.160 0.140

0.120 0.100 0.080 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

Página 22

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8.2

METODO DEL PASO ESTANDAR

Sección

m

(m²)

m

m

m/s

m

m

LHS

RHS

Sf Y

A

P

R

V

m RHSLHS

m Fr

∆Yk

D

0.1670 0.050 0.634 0.079 0.281 0.0002826 0.1710

0.220

U U U

0.1690 0.051 0.638 0.079 0.278 0.0002739 0.1710 0.1699 -0.001 0.216 0.0012 0.1702 0.051 0.640 0.080 0.276 0.0002688 0.1710 0.1710 0.000 0.214 0.0000 0.1702 0.051 0.640 0.080 0.276 0.0002688 0.1710 0.1710 0.000 0.214 0.0000

D

0.1702 0.051 0.640 0.080 0.276 0.0002688 0.1741

U U U

0.1722 0.052 0.644 0.080 0.273 0.0002607 0.1741 0.1729 -0.001 0.210 0.0012 0.1734 0.052 0.647 0.080 0.271 0.0002559 0.1741 0.1741 0.000 0.208 0.0000 0.1734 0.052 0.647 0.080 0.271 0.0002559 0.1741 0.1741 0.000 0.208 0.0000

D

0.1734 0.052 0.647 0.080 0.271 0.0002559 0.1772

U U U

0.1754 0.053 0.651 0.081 0.268 0.0002483 0.1772 0.1760 -0.001 0.204 0.0012 0.1766 0.053 0.653 0.081 0.266 0.0002439 0.1772 0.1772 0.000 0.202 0.0000 0.1767 0.053 0.653 0.081 0.266 0.0002439 0.1772 0.1772 0.000 0.202 0.0000

D

0.1767 0.053 0.653 0.081 0.266 0.0002439 0.1802

U U U

0.1787 0.054 0.657 0.082 0.263 0.0002369 0.1802 0.1791 -0.001 0.199 0.0012 0.1799 0.054 0.660 0.082 0.261 0.0002328 0.1802 0.1802 0.000 0.197 0.0000 0.1799 0.054 0.660 0.082 0.261 0.0002327 0.1802 0.1802 0.000 0.197 0.0000

D

0.1799 0.054 0.660 0.082 0.261 0.0002327 0.1833

U U U

0.1819 0.055 0.664 0.082 0.258 0.0002261 0.1833 0.1822 -0.001 0.193 0.0012 0.1831 0.055 0.666 0.082 0.257 0.0002223 0.1833 0.1833 0.000 0.192 0.0000 0.1831 0.055 0.666 0.082 0.257 0.0002223 0.1833 0.1833 0.000 0.192 0.0000

D

0.1831 0.055 0.666 0.082 0.257 0.0002223 0.1864

U U U

0.1851 0.056 0.670 0.083 0.254 0.0002161 0.1864 0.1853 -0.001 0.189 0.0012 0.1862 0.056 0.672 0.083 0.252 0.0002125 0.1864 0.1864 0.000 0.187 0.0000 0.1862 0.056 0.672 0.083 0.252 0.0002125 0.1864 0.1864 0.000 0.187 0.0000

D

0.1862 0.056 0.672 0.083 0.252 0.0002125 0.1895

U U U

0.1882 0.056 0.676 0.083 0.250 0.0002067 0.1895 0.1883 -0.001 0.184 0.0012 0.1894 0.057 0.679 0.084 0.248 0.0002034 0.1895 0.1895 0.000 0.182 0.0000 0.1894 0.057 0.679 0.084 0.248 0.0002034 0.1895 0.1895 0.000 0.182 0.0000

D

0.1894 0.057 0.679 0.084 0.248 0.0002034 0.1926

Página 23

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

U U U

0.1914 0.057 0.683 0.084 0.246 0.0001979 0.1926 0.1914 -0.001 0.179 0.0012 0.1926 0.058 0.685 0.084 0.244 0.0001948 0.1926 0.1926 0.000 0.178 0.0000 0.1926 0.058 0.685 0.084 0.244 0.0001948 0.1926 0.1926 0.000 0.178 0.0000

D

0.1926 0.058 0.685 0.084 0.244 0.0001948 0.1956

U U U

0.1946 0.058 0.689 0.085 0.242 0.0001897 0.1956 0.1945 -0.001 0.175 0.0012 0.1958 0.059 0.692 0.085 0.240 0.0001868 0.1956 0.1956 0.000 0.173 0.0000 0.1958 0.059 0.692 0.085 0.240 0.0001868 0.1956 0.1956 0.000 0.173 0.0000

D

0.1958 0.059 0.692 0.085 0.240 0.0001868 0.1987

U U U

0.1978 0.059 0.696 0.085 0.238 0.0001819 0.1987 0.1976 -0.001 0.171 0.0012 0.1990 0.060 0.698 0.086 0.236 0.0001792 0.1987 0.1987 0.000 0.169 0.0000 0.1990 0.060 0.698 0.086 0.236 0.0001792 0.1987 0.1987 0.000 0.169 0.0000

D

0.1990 0.060 0.698 0.086 0.236 0.0001792 0.2018

U U U

0.2010 0.060 0.702 0.086 0.234 0.0001746 0.2018 0.2007 -0.001 0.167 0.0012 0.2021 0.061 0.704 0.086 0.233 0.0001720 0.2018 0.2018 0.000 0.165 0.0000 0.2021 0.061 0.704 0.086 0.233 0.0001720 0.2018 0.2018 0.000 0.165 0.0000

D

0.2021 0.061 0.704 0.086 0.233 0.0001720 0.2049

U U U

0.2031 0.061 0.706 0.086 0.231 0.0001699 0.2049 0.2028 -0.002 0.164 0.0022 0.2053 0.062 0.711 0.087 0.229 0.0001653 0.2049 0.2049 0.000 0.161 0.0000 0.2053 0.062 0.711 0.087 0.229 0.0001653 0.2049 0.2049 0.000 0.161 0.0000

D

0.2053 0.062 0.711 0.087 0.229 0.0001653 0.2080

U U U

0.2068 0.062 0.714 0.087 0.227 0.0001623 0.2080 0.2063 -0.002 0.160 0.0017 0.2085 0.063 0.717 0.087 0.225 0.0001590 0.2080 0.2080 0.000 0.158 0.0000 0.2085 0.063 0.717 0.087 0.225 0.0001590 0.2080 0.2080 0.000 0.158 0.0000

D

0.2085 0.063 0.717 0.087 0.225 0.0001590 0.2111

U U U

0.2100 0.063 0.720 0.087 0.224 0.0001561 0.2111 0.2094 -0.002 0.156 0.0017 0.2116 0.063 0.723 0.088 0.222 0.0001530 0.2111 0.2111 0.000 0.154 0.0000 0.2116 0.063 0.723 0.088 0.222 0.0001530 0.2111 0.2111 0.000 0.154 0.0000

D

0.2116 0.063 0.723 0.088 0.222 0.0001530 0.2141

U U U

0.2131 0.064 0.726 0.088 0.221 0.0001502 0.2141 0.2125 -0.002 0.153 0.0017 0.2148 0.064 0.730 0.088 0.219 0.0001473 0.2141 0.2141 0.000 0.151 0.0000 0.2148 0.064 0.730 0.088 0.219 0.0001473 0.2141 0.2141 0.000 0.151 0.0000

Página 24

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

PERFIL DEL FLUJO REAL 0.2500

0.2000

0.1500

0.1000

0.0500

0.0000 0

20

40

60

80

100

120

140

160

PERFIL DE FLUJO 0.240 0.220 0.200 0.180 0.160 0.140 0.120

0.100 0.080 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

Página 25

160

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

9.

MEMORIA DE CALCULO

Datos para los ensayos: 

Base del canal (b)



Ancho de la garganta (bc) = 0.224 m

= 0.300 m

PASO DIRECTO:  Q real = 0.0141 m3/s  n

= 0.011 m

 S

= 0.031

Solución:  Energía específica “E”

𝐸𝑖 = 𝑌𝑖 +

𝑣2 0.282 = 0.167 + = 0.171 2𝑔 2 ∗ 9.81

 Sf 𝑆𝑓 =

𝑣 2 × 𝑛2 4 𝑅3

=

0.282 × 0.0112 4 0.083

= 0.000283

 Sf →= 𝑆𝑓

𝑠𝑓1 + 𝑠𝑓2 0.000283 + 0.000266 = = 0.000274 2 2

 ∆x ∆𝑥 =

𝐸1 − 𝐸2 0.171 − 0.175 = = −0.1241 𝑆𝑓 − 𝑆 0.000274 − 0.031

 ∑∆x ∑∆𝑥 =

∑∆𝑥1 + ∆𝑥 0 + (−0.1241) = = −0.1241 1 1

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LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

PASO ESTANDAR:  Q real = 0.0141 m3/s

 S

= 0.031

 n

 ∆x

= 0.1

= 0.011 m

Solución:  Sf 𝑆𝑓 =

𝑣 2 × 𝑛2 4

=

0.282 × 0.0112 4

𝑅3

= 0.000283

0.083

 LHS 𝐿𝐻𝑆 = 𝑌1 +

𝑉12 1 − × ∆𝑥 ∗ 𝑆𝑓1 2∗𝑔 2 = 0.167 +

0.282 1 − × 0.1 ∗ 0.000282 = 0.171 2 ∗ 9.8 2

 RHS 𝑅𝐻𝑆 = 𝑌2 +

𝑉22 1 − × ∆𝑥 ∗ 𝑆𝑓2 − ∆𝑥 ∗ 𝑆 2∗𝑔 2 = 0.169 +

0.272 1 − × 0.1 ∗ 0.000274 − 0.1 ∗ 0.031 2 ∗ 9.8 2

= 0.170  RHS-LHS 𝑅𝐻𝑆 − 𝐿𝐻𝑆 = 0.170 − 0.171 = 0.001  Fr 𝐹𝑟 =

𝑣 √𝑔 ∗ 𝑌1

=

0.28 √9.8 ∗ 0.167

= 0.22

 ∆Yk ∆𝑌𝑘 =

𝑅𝐻𝑆 − 𝐿𝐻𝑆 0.001 = 3 ∗ 0.1 ∗ 0.000274 3 ∗ ∆𝑥 ∗ 𝑆𝑓2 1 − 0.222 − 1 − 𝐹𝑟 2 − 2 ∗ 𝑅2 2 ∗ 0.079 = −0.0012 Página 27

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES

13. 

CONCLUSIONES El método numérico es el que tiene aplicaciones más amplias debido a que es adecuado para el análisis de perfiles de flujo tanto en canales prismáticos como no prismáticos.



En este método tenemos al método de paso estándar y el método de paso directo. Se recomienda utilizar los métodos numéricos para resolver la ecuación del flujo gradualmente variado porque es el que tiene aplicaciones más amplias.



Si queremos utilizar el método gráfico los incrementos y deben ser pequeños para aumentar la exactitud de este método

14.

RECOMENDACIONES

 Usar los equipos de protección necesarios, ya que se trabaja con electricidad y se pueden dar accidentes durante el ensayo de laboratorio. 

Es importante ser cuidadoso con los caudales que se seleccionan ya que es posible que el sistema determine una cantidad de datos muy alta o muy baja.



Permitir que el caudal se estabilice antes de tomar los datos, esto con el fin de reducir los errores y obtener un caudal constante.



Ya que el Sistema hidro neumatico usado en esta práctica es muy sensible y tiene un grado de complejidad se recomienda hacer una toma de datos previa para adquirir un poco de experiencia.



Colocar el sensor de alarma al inicio del canal.



Estabilizar el caudal durante 2 minutos.



Utilizar los implementos de seguridad Casco, zapatos, lentes, mandiles y guantes.



Cumplir la Ley 29783, Seguridad y salud.



Revisar el Protocolo de Seguridad del Departamento Académico de Ingeniería Civil.



https://canvas.utp.edu.pe/courses/58760/pages/protocolos-deseguridad-para-los-laboratorios-de-la-utp



Atender la charla de inducción realizada por el Asistente de Laboratorio. Página 28

LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES



Es indispensable el uso todos los equipos de protección personal acorde al Protocolo de Seguridad del



Departamento Académico de Ingeniería Civil.



Todos los equipos deben ser maniobrados bajo la estricta supervisión del asistente del laboratorio o docentes



del curso.



Se sugiere asistir a cada sesión con calculadora.

15. 

BIBLIOGRAFIA https://www.academia.edu/24994390/INFORME_DE_LABORATORIO_D E_CANALES



http://repositorio.imta.mx/bitstream/handle/20.500.12013/1174/IMTA_083 .pdf?sequence=1&isAllowed=y



https://www.google.com/search?sxsrf=ACYBGNR8lDBAw6XbaoGRNDgt XLZk8lTzw%3A1571011559388&ei=57ujXcuuF8PYtAXrmomQCA&q=tubo+de+ve nturi+laboratorio&oq=tubo+de+venturi+&gs_l=psyab.3.3.35i39j0l9.34128.34512..40093...0.2..0.246.660.2-3......0....1..gwswiz.......0i71.gzZWAIdEShQ



https://georgiusm.files.wordpress.com/2017/12/practicas_hidraulica_201 1-2012.pdf



https://www.coursehero.com/file/p35nulp/Nuestras-recomendacionespara-la-toma-de-datos-con-el-tubo-Venturi-Ya-que-el/

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