Hidraulica

I. DETERMINACION DE ENERGIA ESPECÍFICA
Objetivos
* Comprender los conceptos que se representan en la curva de energía
Específica mediante su grafica auxiliada en datos de laboratorio, lo que le permite resolver problemas del movimiento de una masa líquida en un conducto abierto.
* Observar el comportamiento de el flujo en un canal y familiarizarse con los parámetros que intervienenen la determinación de la energía especifica en un canal.
* Graficar e interpretar la curva de energía especifica, para los datos obtenidos en un canal en laboratorio.

Aplicación

En el diseño de conductos abiertos como son los canales es importante definir la energía
Específica que presenta el flujo en una determinada sección, ya que esto nos permite definir
La capacidad paradesarrollar un trabajo.

Fundamentación Teórica
Los elementos geométricos son propiedades de una sección del canal que puede ser definida enteramente por la geometría de la sección y la profundidad del flujo. Estos elementos son muy importantes para los cálculos a realizar.

* Profundidad del flujo, calado o tirante: la profundidad del flujo y es la distancia vertical del punto mas bajo de lasección del canal a la superficie libre.
* Ancho superior ó ancho superficial: el ancho superior T es el ancho de la sección del canal a la superficie libre.
* Area Mojada: el area mojada A es el area de la sección transversal del flujo normal a la dirección del flujo.
* Perimetro Mojado: el perímetro mojado P es la longitud de la línea de la intersección de la superficie mojada del canalcon la sección transversal a la dirección del flujo.
* Radio hidráulico: el radio hidráulico R es la relación entre el area mojada y el perímetro mojado, se expresa como R=A / P.
* Profundidad hidráulica: la profundidad hidráulica D es la relación del area mojada con el ancho superior, se expresa como D= A / T

* Energía Total (H). La energía total en una sección cualquiera de unflujo se expresa por
medio de la suma de las energías de posición y cinética, es decir:

* Energía Especifica (E). Se define como la energía por unidad de peso mKgKg, que al considerar la plantilla del conducto como plano de referencia (Z=0) se tiene:

Considerando la ecuación de continuidad (Q =V / A ), se tiene la siguiente ecuación para
la energía específica:

* Energía mínima (Emin).Es la energía mínima o crítica con que un cierto gasto puede fluir en
un canal y es el límite entre el flujo subcrítico y supercrítico, tal como se puede apreciar en
la figura anterior. Para calcular la energía mínima derivamos la ecuación de la energía:

En la figura 1 de la sección transversal se deduce que:

Entonces, se tiene que la ecuación que permite calcular la energía mínima ocondición crítica es:

dEdy=1-Q2gA3B=0

Y, para una sección rectangular, en la cual B b y A by , el tirante crítico (yc) se puede obtener como:

La energía mínima para una sección rectangular se puede calcular por medio de la siguiente ecuación:

En las fórmulas anteriores se tiene que:
γ=peso específico del agua (kg/m3).
P = presión (kg/m2)
V = velocidad del flujo (m/s).
g =aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).
Q = gasto (m3/s).
A = área del conducto (m2).
B = ancho de la superficie libre del agua (m).
b = ancho de la plantilla del canal (m).

Procedimiento
1. Se inicia colocando en funcionamiento la válvula de impulsión que alimentara el tanque, para la respectiva circulación del fluido en el canal.
2. El canal debe estar calibrado con una pendiente adecuadaque permita la circulación de el fluido, de igual forma se debe tomar las medidas exactas de el mismo (b, T).
3. Al establecer la continuidad del flujo en el canal, tomar cinco muestras de volumen para un tiempo determinador (determinación del caudal).
4. Coloque una compuerta en la mitad de la longitud del canal, y espere que el flujo se estabilice.
5. Mida la profundidad del agua...