Flujo gradualmente variado

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

LABORATORIO DE HIDRÁULICA
HIDRÁULICA DE CANALES
PRÁCTICA 3
LABORATORIO DE HIDRAULICA

FLUJO GRADUALMENTE VARIADO
DATOS OBJETIVOS Calcular el perfil del flujo gradualmente variado en un canal rectangular con el método estándar por pasos. ANTECEDENTES Flujo gradualmente variado Ecuación dinámica Características yclasificación de perfiles de flujo Secciones de control Método estándar por pasos (incrementos finitos) DESARROLLO Canal rectangular con pendiente positiva 1. Verificar que el desnivel de la plantilla del canal se encuentre en un intervalo de entre 2 y 3 cm hacia abajo (pendiente positiva). 2. Establecer un gasto Q en el canal y medir la diferencia de niveles de mercurio Δh, en m, en el manómetro diferencialcerrado del diafragma con que se afora. Δh =_________ m 3. Calcular el gasto Q que pasa por el canal, en m3/s, con la ecuación de calibración del diafragma siguiente: Sección 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (crítica) Ns mm Nf mm

y = Ns − N f

mm

MEMORIA DE CÁLCULO 1. Calcular el tirante normal yn, en m y la pendiente crítica Sc del canal, mediante la ecuación de Manning:
Qn S0 = A Rh 3 = f ( y n )2

Δ h = ___________ m3/s 4. Determinar el tirante crítico yc, en m, para un ancho de plantilla b=0.20m, según la ecuación
Q = 0.1239

⎛ ⎜ nQ ; Sc = ⎜ 2 ⎜AR 3 h ⎝

⎞ ⎟ ⎟ = f ( yc ) ⎟ ⎠

2

donde Q

yc =

3

Q2 g b2

n
S0 A Rh 2.

= _________ m

5.

6.

Localizar la sección 10 en el canal donde se presenta el tirante crítico calculado en el inciso 3, como se muestra enla figura 1, mediante mediciones del tirante. Considerarla como sección de control. Ubicar la sección 9 a un metro aguas arriba de la sección de salida, y medir la distancia Δ entre la sección crítica 10 y la 9. El resto de las secciones tendrán una separación de un metro, como se muestra en la figura 1.

gasto que fluye en el canal, en m3/s coeficiente de Manning, n = 0.011 s/m1/3 pendiente deplantilla, S0 = 0.00256 área hidráulica, en m2 radio hidráulico, en m

Clasificar el perfil que se presenta en el canal e identificar las características siguientes: a) Tipo de perfil según la magnitud de la pendiente de plantilla respecto de la crítica. b) Zona en la que se localiza el perfil del flujo según la magnitud de los tirantes crítico y normal. c) Variación del tirante en el sentido delflujo con la ecuación dinámica de flujo gradualmente variado: S0 − S f dy = dx 1 − Fr2 donde Fr es el número de Froude y Sf la pendiente de fricción del perfil que se presenta en el canal d) Sentido de cálculo del perfil según su régimen y a partir de la sección de control.

Figura 1. Canal rectangular con pendiente positiva.

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Semestre 2010-1UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

3.

Calcular el perfil de la superficie libre con el método estándar por pasos a partir del tirante de la sección 9, con la expresión: Δ x S0 − S f yi = yi +1 − 2 1 − Fr donde tirante en la sección i+1, en m y i+1 yi tirante en la sección i, en m Fr i + Fr i +1 número de Froude medio: Fr = Fr 2 pendiente de plantilla S0 pendientemedia aritmética de fricción: S f i + S f i +1 Sf Sf = 2 longitud entre las secciones i e i+1, en m, en este Δx caso 1 m

i) Repetir los incisos a) al h).

(

)

4.

Dibujar a escala en el mismo plano a) La plantilla del canal en color negro. b) El tirante crítico en color café. c) El tirante normal en color rojo. d) El perfil de la superficie libre medido en color azul. e) El perfil dela superficie libre calculado en color verde. Nota: deberá incluir acotaciones y se puede distorsionar la escala vertical.

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Flexómetro. REFERENCIAS BIBIOGRÁFICAS 1. Sotelo A. G., Hidráulica de canales, Facultad de Ingeniería, UNAM 2001. 2. Chow V. T., Hidráulica de los canales abiertos, McGraw Hill, México 1985. CUESTIONARIO 1. ¿Qué es el flujo gradualmente variado?...