Informe de Energia Especifica

DERIVACION DE LA ECUACION DE ENERGIA ESPECIFICA E
JHON JAIRO OSORIO ROMÁN
RAFAEL SAMITH MANJARREZ HERRERA
SARAY ESTHER DIAZ GARRIDO
ROGER ALMANZA DORADO
ING.
LUIS DIAZ
UNIVERSIDAD DE SUCRE
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA CIVIL
HIDRAULICA
30 DE NOVIEMBRE DEL 2012
SINCELEJO SUCRE
INTRODUCCIÓN
Se tiene por definición un canal abierto un conducto para flujos en la cual tiene
superficie libre, la superficie libre es esencialmente un interface entre dos fluidos
de diferente densidad, separados por efectos de gravedad y distribución de
presiones. Los flujos casi siempre son turbulentos y no son afectados por tensión
superficial en el caso del agua. Un caso particular de la aplicación de la ecuación
de energía, cuando la energía está referida al fondo de la canalización, toma el
nombre de energía específica en canales. Cuando la profundidad de flujo se
gráfica contra la energía para una sección de canal y un caudal determinados, se
obtiene entonces una curva de energía específica, Para un caudal constante, en
cada sección de una canalización rectangular, obtenemos un tirante y un valor de
energía específica, moviéndose el agua de mayor a menor energía con un
gradiente, en este caso, coincidente con la pendiente de energía. Analíticamente
es posible predecir el comportamiento del agua en el canal rectangular, sin
embargo la observación del fenómeno es ahora de mayor importancia y toda
conclusión estará ligada al experimento. El salto hidráulico es un fenómeno
producido en el flujo de agua a través de un canal cuando el agua discurriendo en
régimen supercrítico pasa al régimen subcrítico.
OBJETIVOS
GENERAL
Observar el comportamiento del flujo en un canal y familiarizarse con los
parámetros que intervienen en la determinación de la energía específica en un
canal
ESPECIFICOS

Realizar e interpretar la curva energía específica-tirante para los datos
obtenidos en un canal de laboratorio.

Calcular la profundidad YC critica para pendiente igual cero.
PROCEDIMENTO

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

Coloque el canal en pendiente positiva.
Coloque la compuerta abierta en la mitad de la longitud del canal.
Encienda la bomba que suministra el flujo al canal.
Seleccione un valor de caudal.
Espere unos minutos a que el flujo se estabilice.
Baje la compuerta lentamente hasta obtener una abertura lo más pequeña
posible, cuidando de que no se derrame el agua en el canal.
Espere a que el flujo se estabilice.
Mida la profundidad del agua en tres secciones a lo largo del canal, tanto
aguas arriba como aguas abajo de la compuerta.
Anote los valores de las profundidades.
Registre las lecturas de los manómetros del venturímetro y medidor.
Sin variar el caudal, seleccione otras tres aberturas de compuerta y repita
los pasos anteriores.
Determine el valor de la velocidad promedio a partir de las lecturas del
venturímetro.
Promedie los valores de profundidad del agua para las lecturas aguas
arriba y aguas abajo de la compuerta.
Con los valores promedios de tirante y de velocidad, calcule la energía
específica para cada pareja de datos en el canal aguas arriba y aguas para
cada abertura de compuerta.
Determine el caudal promedio para todas las mediciones.
Calcule el perímetro mojado, la profundidad hidráulica y el radio hidráulico
para los valores medidos aguas arriba y aguas abajo para cada abertura de
compuerta.
Calcule el número el número de Froude cada pareja de mediciones por
cada abertura de compuerta.
Elabore una tabla con los datos medidos y procesados. Concluya
DATOS Y RESULTADOS
DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
Caudal (L/min)
h (mm) Y1 (mm)
Y0 (mm)
5
4,7
176,5
8
6,9
97
32,6
11
9,5
52,5
14
11,3
39,1
17
12,4
30
18
12,3
182,7
21
15
145,6
24
16,4
120,2
98,9
27
17,8
107,5
30
20,8
81
35
24,3
69,7
A continuación se presentan los cálculos de la velocidad antes de la compuerta y
después de la compuerta, para luego con estas hallar la Energía Especifica. Solo
se realizara el cálculo para un solo caudal y un solo h. Los demás resultados se
resumirán en una tabla.
Para Q=32,6 L/min y h=5 mm
𝑉0 =
𝑄
𝑄
=
=
𝐴 𝑏 ∗ 𝑌0
1 𝑚3
1 𝑚𝑖𝑛
32.6 𝐿/ min∗ (1000 𝐿) ∗ (60 𝑠𝑒𝑔)
0.075𝑚 ∗ 0.1765𝑚
𝑉0 = 0.041 𝑚/𝑠𝑒𝑔
𝐸0 = 𝑌0 +
𝑉02
(0.041𝑚/𝑠𝑒𝑔)2
→ 0.1765𝑚 +
2𝑔
2 ∗ 9,81 𝑚/𝑠𝑒𝑔2
𝐸0 = 0.176586 𝑚
𝑉1 =
𝑄
𝑄
=
=
𝐴 𝑏 ∗ 𝑌1
1 𝑚3
1 𝑚𝑖𝑛
32.6 𝐿/ min∗ (1000 𝐿) ∗ (60 𝑠𝑒𝑔)
0.075𝑚 ∗ 0.0047𝑚
𝑉1 = 1.541 𝑚/𝑠𝑒𝑔
𝐸1 = 𝑌1 +
𝑉12
(1.541 𝑚/𝑠𝑒𝑔)2
→ 0.0047𝑚 +
→ 𝐸1 = 0.125792 𝑚
2𝑔
2 ∗ 9,81 𝑚/𝑠𝑒𝑔2
RESULTADOS
Q (L/min)
h (mm)
5
8
11
14
17
18
21
24
27
30
35
32,6
98,9
Y1 (mm) Y0 (mm) Área A0
4,7
176,5
0,0132
6,9
97
0,0073
9,5
52,5
0,0039
11,3
39,1
0,0029
12,4
30
0,0023
12,3
182,7
0,0137
15
145,6
0,0109
16,4
120,2
0,009
17,8
107,5
0,0081
20,8
81
0,0061
24,3
69,7
0,0052
Área A1 V0 (m/s)
0,00035
0,00052
0,00071
0,00085
0,00093
0,00092
0,00113
0,00123
0,00134
0,00156
0,00182
0,041
0,0747
0,138
0,1853
0,2415
0,1203
0,1509
0,1828
0,2044
0,2713
0,3153
V1 (m/s)
1,5414
1,0499
0,7626
0,6411
0,5842
1,7868
1,4652
1,3401
1,2347
1,0566
0,9044
E0 (m)
0,176586
0,097284
0,05347
0,04085
0,032972
0,183438
0,146761
0,121904
0,10963
0,084752
0,074768
E1 (m)
0,125792
0,063084
0,039139
0,032249
0,029797
0,175027
0,124417
0,107934
0,095501
0,077704
0,065992
Para la profundidad crítica YC se tiene:
2
1000 𝑐𝑚3 1 𝑚𝑖𝑛
(98.9
𝐿/
min∗
∗ 60 𝑠𝑒𝑔)
2
𝑄
1𝐿
4.35 𝑐𝑚 = 𝑌𝑐 =
=
𝑔𝐴2 9,81 𝑚 ∗ 100 𝑐𝑚 ∗ (75𝑐𝑚 ∗ 4.35𝑐𝑚)2
𝑠𝑒𝑔
1𝑚
𝑌𝑐 =
(1648.333 𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑔)2
→ 𝑌𝑐 = 2.60 𝑐𝑚 ≠ 4.35
𝑐𝑚
981 𝑠𝑒𝑔 ∗ (326.25 𝑐𝑚2 )2
Como el resultado es diferente, entonces hay que darle pendiente al canal para
obtener la igualdad.
Grafica:
Tirante Vs. Energia Espesifica
0,25
Tirante
0,2
0,15
0,1
0,068
0,05
0
0
0,05
0,1
0,15
Energia Espesifica
0,2
0,25
0,3
ANALISIS DE RESULTADOS

Como se puede apreciar en al grafica la relación existente entre la E C y el
YC es proporcional, es decir un aumento en el tirante representa un
aumento en al energía especifica y viceversa.

Como se observa en la grafica a medida que la E C disminuye, el tirante que
se obtiene tiende a ser crítico, es decir cuando la E C es mínima el YC es
crítico.

Se pudo apreciar los valores de YC obtenidos tanto analíticamente como
gráficamente tienen una pequeña variación, esto debido a posibles errores
presentados en la recolección de los datos.
CONCLUSIONES

La práctica es de gran importancia ya que en su realización se pudo
observar el comportamiento de un flujo en un canal, para Así facilitarnos la
familiarización con todas las variables que rigen ese comportamiento.

La práctica fue de gran enriquecimiento profesional, ya que se nos permitió
conocer por medio de modelaciones en laboratorio los posibles problemas
que se pueden presentar en nuestro directo contacto con una obra, con las
mismas o muy parecidas especificaciones de obra.