Ensato laboratorio

OBJETIVOS

• Aprender a clasificar el régimen de flujo.
• Determinar en campo la variación vertical de la velocidad en flujo libre.
• Conocer el equipo adecuado para la determinación de la variación vertical de la velocidad.
• Comparar gráficamente el perfil de velocidad obtenido experimentalmente con el perfil teórico para flujo libre.

DATOS Y RESULTADOS

Para el desarrollo de estapráctica se hizo uso de un canal de flujo con lecho ajustable, marca ARMFIELD.

Las lecturas del tubo de Pitot a diferentes profundidades arrojaron los siguientes datos:

|Nº |Y(cm) |h (cm) |H ( cm) |(H(cm) |V(cm/s) |
|1 |.5 |4.3 |5.4|1.1 |46.43 |
|2 |1 |4.3 |5.7 |1.4 |52.38 |
|3 |1.5 |4.3 |5.9 |1.6 |56 |
|4 |2 |4.3 |6.1|1.8 |59.40 |
|5 |2.5 |4.3 |6.3 |2 |62.61 |
|6 |3 |4.3 |7 |2.7 |72.75 |
|7 |3.5 |4.3|8 |3.7 |85.16 |
|8 |4 |4.3 |8 |3.7 |85.16 |

ºT de ensayo: 21ºC
Q= 90 L/min = 1500 cm3/s = 0.0015m3/s
Primero que todo es conveniente determinar el gradiente hidráulico de la conducción. Como estamos trabajando en flujo uniforme,tenemos que I = So :

Z1 = 96.6 cm
Z2 = 94 cm
L = 167.5 cm
( = arcsen ((96.6 – 94) / 167.5)
= 0.205°
cos ( = x / 167.5 = 167.5 cm
I = So = 2.6 / 167.5 = 0.015

CALCULO TIPO

Determinación del radio Hidráulico.
(R): Radio Hidráulico
RH = Amojada / Pmojado
= (4*4.3) / (4+2(4.3)) = 1.36cm = 0.0136 m
• V* : Velocidad cortante
Calculo de la velocidadcortante V*, usando la siguiente expresión:
V* = ( g * RH * I )0.5

V* = (980 * 1.36 * 0.015)0.5
= 4.47 cm/s = 0.0447 m/s

Analicemos el régimen de flujo:

Re = V *4RH / (
= 65 * 4* 1.36 / 0.0001 = 3.536* 106
Según el número de Reynolds, el régimen es turbulento.

• (0 : Espesor de la capa laminar

( = 11.6 v / V*
= 11.6 (0.000001) / 0.0447 = 0.000260 m =0.0259 cm

Rugosidad del conducto (absoluta () :
( = 0.0015 mm = 1.5 * 10-6 m

Para ver si el conducto es hidráulicamente liso o rugoso nos guiamos con los siguiente:

( > 6.1 ( ( CHR )
( < 0.305 ( ( CHL )
0.305 ( < ( < 6.1 ( ( Transición ).

Al hacer los cálculos correspondientes nos da un CHL
1.5 * 10-6 < 79.3 * 10-6

y se cumple que:
a = ( / 7= 0.000260 / 7
= 0.00003714 m = 3.714 * 10-5m = 3.714* 10-3 cm ( coeficiente que depende del comportamiento hidráulico del conducto).

Haciendo uso de estos valores, es posible determinar la velocidad de flujo teórica y práctica en el conducto.
La expresión general para la velocidad de flujo en el régimen turbulento es la siguiente:
Vy = 5.75 V* Log (15 y/a)= 5.75 ( 4.47) Log (15 y/a)
tomando un valor de y = 3
Vy = 104.95 cm / s.
De igual manera se halla para los otros valores de y.
Datos totales: FLUJO LIBRE.

|N |y (cm) |h (cm) |H (CM) |dH (cm) |V (cm/s) |V* (cm/s) |a (cm) |Vy (cm/s) |
|1 |0.5 |4.3 |5.4 |1.1 |46.43 |4.47...