Laboratorio fluidos

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TERCER LABORATORIO

FLUJO GRADUALMENTE VARIADO

I. Objetivo.

* Estudio experimental y analítico de un flujo gradualmente variado.
·
* Entender el comportamiento del flujo gradualmente variado y la influencia de los controles que lo generan.

* Aplicar modelos matemáticos desarrollados para el cálculo de perfiles de flujo gradualmente variado, contrastándolos con lasmediciones realizadas en el laboratorio.

* Analizar los perfiles de flujo experimentalmente y compararlos con los resultados teóricos.

II. Fundamento Teórico.

Este flujo es del tipo permanente, variando gradualmente su tirante a lo largo de la longitud del canal. Para su estudio se han considerado las siguientes hipótesis:

* La pendiente del canal es pequeña, es decir, se puedeconsiderar que el tirante del flujo es el mismo si se usa una dirección vertical o normal al fondo del canal.
* El flujo es permanente, es decir, las características del flujo permanecen constantes en el intervalo de tiempo considerado.
* Las líneas de corriente son prácticamente paralelas, es decir, la distribución hidrostática de la presión prevalece sobre la sección del canal.
* Lapérdida de carga entre dos secciones se calculará como si se tratara de un flujo de un flujo uniforme utilizando la velocidad y tirante de las secciones.

ECUACIÓN DEL FLUJO GRADUALMENTE VARIADO.

Figura 1. Ecuación del Flujo Gradualmente Variado.
La altura total de energía en la sección:

Derivando con respecto a x:

.........................(1)

La pendiente se define como el senodel ángulo de la pendiente y se supone positiva si desciende en la dirección del flujo y es negativa si asciende. Luego:

Reemplazando estas ecuaciones en la ecuación (1) tenemos:

Agrupando: ………………….(2)
Pero:

Reemplazando en (2):

Donde: (de la ecuación de Manning)

RUGOSIDAD COMPUESTA

Cuando la sección del canal presentadiferentes rugosidades, se aplicará la fórmula de HORTON-EINSTEIN para el cálculo de la rugosidad promedio.



Figura 2. Esquema de un Canal Compuesto.


Donde :

n : rugosidad promedio de la sección
P : Perímetro mojado del canal ( ∑ Pi )
Pi : P1, P2, P3
ni : n1, n2, n3

III. Equipo.

* Canal de sección rectangular de 10.56 metros de largo y 0.25 metros de ancho.* La rugosidad del fondo es 0.014 y de las paredes 0.009 (coeficiente de rugosidad de Manning).
* Dos rieles de cojines para el desplazamiento del carrito portalimnímetro de punta.
* La pendiente del canal varía entre +10% y –3% (contra pendiente).
* Compuerta llamada Pico de Pato.
* Vertedero para medir el caudal (vertedero triangular de 53°08’) y otros accesorio(persiana).
* Wincha de 3 metros.

IV. Procedimiento.

* Instalar en el canal los accesorios necesarios para generar un flujo gradualmente variado, y darle la pendiente que para ello requiera. Esta labor será desarrollada por el profesor de práctica.
* Abrir la válvula de ingreso de agua y establecer un caudal.
* Medir el flujo gradualmente variado en coordenadasX e Y, esto se hará con la wincha (a cada 0.40 m) y con el limnímetro de punta. El guía indicará el punto inicial y final de medición del perfil del flujo.
* Medir la carga de agua sobre el vertedero triangular y obtener el caudal de la tabla de calibración.

V. Cuestionario.

a) Graficar la curva del flujo gradualmente variado medida durante la práctica de laboratorio.

*DEL LIMNÍMETRO:
TABLA 1
H(mm) | Q(l/s) |
273 | 27 |
273.8 | X |
274 | 27.3 |

Resolviendo tenemos el valor del caudal; caudal = 27.24 l/s

* CALCULO DE TIRANTES
*
TABLA 2
| LECTURA DE | LECTURA DE | TIRANTE (m) |
X | FONDO: A | SUPERFICIE: A | y |
| | | |
0,35 | 10,15 | 40,9 | 30,75 |
0,7 | 10,1 | 40,6 | 30,5 |
1,05 | 10,05 | 40,25 | 30,2 |
1,4 |...
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