Laboratorio de energía específica

Pontificia Universidad Javeriana

LABORATORIO 1: ENERGÍA ESPECÍFICA
Hidráulica

Luis Fernando Mosquera
07/08/2013

Hidráulica, Pontificia Universidad Javeriana de Cali, agosto de 2013

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL E INDUSTRIAL
INTRODUCCIÓN

En el presente informe se estudiará el comportamiento de un flujo de agua a través de un
canal rectangular con una compuerta en el medio.Más específicamente, se analizará la
energía específica del flujo antes de la compuerta (aguas arriba) y después de ella (aguas
abajo).
El concepto de energía específica, desarrollado en 1912 por Bakmeteff, deriva de la ecuación de
Bernoulli antes mostrada. Cuando la distribución de presiones en la sección es hidrostática, la carga
piezométrica 𝑧 +

𝑃
𝛾

es constante y la carga de presión𝑃
𝛾

= 𝑦, siendo y el tirante del flujo en el canal.

De esta forma la carga hidráulica total en la sección referida al fondo del canal (tomando z=0 en el
fondo del canal) es lo que se define como energía específica (E).

𝐸=

𝑃
𝑣2
𝑚
+ 𝛼
𝛾
2𝑔

Para canales de pendiente suave la energía específica resulta:

𝐸 = 𝑦+ 𝛼

𝑣2
𝑚
2𝑔

Despreciando los efectos de no-uniformidad(coef. de Coriolis 𝞪 = 1):

𝐸= 𝑦+

𝑣2
𝑚
2𝑔

Una expresión de la energía específica en función del caudal (Q) se escribe de la siguiente manera:

𝐸 = 𝑦+

𝑄2
2𝑔𝐴2

Para canales rectangulares de ancho b, definiendo el gasto específico (q) como q = Q/b se obtiene
la siguiente expresión de la energía específica:

𝐸 = 𝑦+

𝑞2
2𝑔𝑦 2

Fuente:http://www.fing.edu.uy/imfia/cursos/hha2008/Teo2_10_b.pdf
Consultado el 4 de agosto de 2013

Hidráulica, Pontificia Universidad Javeriana de Cali, agosto de 2013

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El número de Reynolds y los términos laminar y turbulentos no bastan para caracterizar todas las
clases de flujo en los canales abiertos.
El mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es la fuerza degravitación. Por ejemplo,
la diferencia de altura entre dos embalses hará que el agua fluya a través de un canal que los
conecta. El parámetro que representa este efecto gravitacional es el Número de Froude, puede
expresarse de forma adimensional. Este es útil en los cálculos del resalto hidráulico, en el diseño de
estructuras hidráulicas y en el diseño de barcos.

𝐹=

𝑣
√ 𝑔𝑦

El flujo seclasifica como:
Fr1, Flujo supercrítico o rápido, tiene una velocidad relativamente alta y poca profundidad prevalece
la energía cinética. Propios de cauces de gran pendiente o ríos de montaña.

Fuente: http://mecanicafluidos7mo.blogspot.com/2008/04/flujo-en-canales-abiertos.html
Consultado el 4 de agosto de 2013

Hidráulica, Pontificia Universidad Javeriana de Cali, agosto de 2013

DEPARTAMENTODE INGENIERIA CIVIL E INDUSTRIAL
OBJETIVOS

Generales


Caracterizar el comportamiento del flujo de agua a través de un canal, por medio
del concepto de energía específica y el número de Froude.



Comparar los datos obtenidos en el laboratorio con valores teóricos.

Específicos


Calcular el valor de la energía específica para cada caudal y altura medida.



Calcular elnúmero de Froude para cada caudal y altura medida, para poder
clasificar el flujo del canal.

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PROCEDIMIENTO

1. Se acomoda el canal de manera que el agua caiga en el banco hidráulico.
2. Se nivela el canal para dejarlo en posición horizontal. Para esto, se mide con doscintas métricas, la distancia desde el piso hasta la parte inferior del canal en ambos
extremos, y se ajusta la altura de uno de los extremos para que coincida con la altura
del otro.
3. Se procede a medir el ancho del canal.
4. Se escoge un caudal graduando la válvula del banco hidráulico hasta obtener una
profundidad alta en el canal, y cuidando que no se rebose.
5. Se mide el caudal...