informe de energia especifica

5/22/2018 Informe de Energia Especifica

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FACULTA DE INGENIERA, ARQUITECTURA Y URBANISMOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

PROYECTO DE INVESTIGACIN

VERTEDEROS TRIANGULARES

AUTORES:

CARRERA MIRANDA, JORGE OMARFERNANDEZ RIOS, JOSEPH

JUAREZ POZO, JHONYTARIFEO FONSECA, BRANCO YELTSIN

DOCENTE:

ING. CIVIL GUILLERMO ARRIOLA CARRASCO.

Chiclayo - Pimentel 18 de julio del 2014


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INTRODUCCIN

Se tiene por definicin un canal abierto un conducto para flujos en la cual tiene

superficie libre, la superficie libre es esencialmente un interface entre dos fluidos

de diferente densidad, separados por efectos de gravedad y distribucin de

presiones. Los flujos casi siempre son turbulentos y no son afectados por tensin

superficial en el caso del agua. Un caso particular de la aplicacin de la ecuacin

de energa, cuando la energa est referida al fondo de la canalizacin, toma el

nombre de energa especfica en canales.

Cuando la profundidad de flujo se grfica contra la energa para una seccin de

canal y un caudal determinados, se obtiene entonces una curva de energa

especfica, Para un caudal constante, en cada seccin de una canalizacin

rectangular, obtenemos un tirante y un valor de energa especfica, movindose el

agua de mayor a menor energa con un gradiente, en este caso, coincidente con la

pendiente de energa.

Analticamente es posible predecir el comportamiento del agua en el canal

rectangular, sin embargo la observacin del fenmeno es ahora de mayor

importancia y toda conclusin estar ligada al experimento.


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OBJETIVOS

o GENERAL

Determinar la energa especfica en un canal rectangular y clasificar el tipo de flujo

para cada profundidad experimental; observando el comportamiento del flujo en

dicho canal.

o ESPECIFICOS

Graficar e Interpretar la Curva de Energa Especfica, para los datos

obtenidos en un canal rectangular de laboratorio.

Calcular la profundidad crtica Yc para un determinado caudal.

Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.

HIPOTESIS

o Comprobar la profundidad crtica terica (Yc) con la profundidad crtica real

de un canal rectangular; a un caudal determinado.

o Comprobar en la Curva de Energa Especfica, para que tirante el flujo es

crtico.


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MARCO TERICO

ENERGA ESPECFICA EN UN CANAL O FLUJO LIBRE

Para cualquier seccin de un canal, se llama energa especfica a la energa por

unidad de peso del lquido en movimiento con relacin a la solera, como se

observa en figura.

No es posible predecir el carcter del cambio de la energa especfica entre las

secciones 1 y 2. Es claro que la energa total debe disminuir, pero la energa

especfica puede

aumentar o disminuir

dependiendo de otros

factores como la

resistencia al flujo, la

forma de la seccin

transversal, etc.

Definiendo la energa especfica como la distancia vertical entre el fondo del canal

y la lnea de energa se tiene:


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Para canales rectangulares solamente, utilizando el caudal por unidad de ancho, q

= Q/b, la ecuacin se transforma as:

Para caudal constante y canal rectangular, la energa especfica es funcinnicamente de la profundidad de flujo y su variacin se muestra en la siguiente

figura:


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Diagrama de Energa Especfica

Segn la figura anterior se presenta un valor mnimo de la energa especfica para

una nica profundidad, llamada profundidad crtica Yc. Para valores de energa

especfica mayor que la mnima, el flujo se puede realizar con dos profundidades

diferentes Y1Yc.

Teniendo en cuenta que para caudal constante la velocidad vara inversamente

con la profundidad, las velocidades correspondientes a profundidades menores

que Yc son mayores que las correspondientes a profundidades mayores que Yc.

CLASIFICACIN DEL FLUJO

De acuerdo a lo anterior se tienen los siguientes tipos de flujo:

En los flujos subcrticos y supercrticos las velocidades son menores y mayores

que la Vc respectivamente, por lo tanto en el flujo subcrtico aparecern pequeas

ondas superficiales avanzando corriente arriba, mientras que en el flujo


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supercrtico dichas ondas sern barridas corriente abajo, formando un ngulo; este

tipo de ondas se denominan ondas diamantes.

De la figura de Diagrama de Energa Especfica tambin se puede observar el

comportamiento de la energa especfica es diferente si el flujo es supercrtico o

subcrtico:

o Si el flujo es subcrtico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energa

especfica aumentar y viceversa.

o Si el flujo es supercrtico y la profundidad de flujo Y aumenta, la energa

especfica disminuir.

Es decir, en un canal se puede ganar o perder energa especfica dependiendo si

las profundidades son mayores o menores que la profundidad crtica Yc.

Se puede observar tambin, que para una energa especfica dada, es posible

tener dos profundidades, y por tanto dos situaciones de flujo, una de flujo

subcrtico y otra de flujo supercrtico; estas dos profundidades se conocen con el

nombre de profundidades secuentes o alternas.

La profundidad crtica se presenta cuandola energa especfica es mnima, es decir:

En donde:


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De donde se observa que la profundidad crtica depende solamente del caudal y

de la geometra del canal, no depende de la rugosidad ni de la pendiente.

La energa

especfica

mnima en

canal

rectangular

es:

Estas ecuaciones muestran que el caudal para energa especfica constante esfuncin de la profundidad. La variacin del caudal se muestra en la figura. En esta

se muestra que el caudal es mximo para la profundidad crtica, propiedad muy

til en el diseo de secciones de mxima descarga como vertederos, salidas de

depsitos y otros.

Variacin del caudal con la profundidad (curva q):


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En canales muy largos se podr establecer el flujo crtico uniforme si se dispone

de una pendiente crtica, Sc; se puede derivar una expresin sencilla para Sc para

un canal con flujo uniforme igualando la ecuacin general de flujo crtico (VIII.6) y

alguna expresin de resistencia al flujo, por ejemplo Manning, as la ecuacin para

la pendiente crtica ser:

g : aceleracin de la gravedad.

Ac : rea correspondiente a la profundidad crtica.

n : coeficiente de resistencia al flujo de Manning.

Bc : ancho de la superficie correspondiente a la profundidad crtica.

Rc : Radio Hidrulico correspondiente a la profundidad crtica.

Pendientes mayores que la profundidad crtica producirn flujos supercrticos,

mientras que pendientes menores producirn flujos subcrticos.


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EQUIPOS A UTILIZAR

CANAL ABIERTO DE SEDIMENTACIN

Canal de seccin rectangular (seccin 80 x 300mm) con paredes transparentes

por el que se hace circular agua. El agua se toma del depsito de almacenamiento

mediante una bomba hidrulica, con regulacin de velocidad y, por medio de la

tubera, es conducida al depsito de entrada, donde dispone de un tranquilizador

de flujo. Desde aqu el agua circula por el canal y descarga en el depsito de

captacin, retornando finalmente al depsito de almacenamiento, con lo que se

completa el circuito cerrado.

1. El equipo dispone de la instrumentacin y los sensores adecuados (caudal,

presin, etc) para el control y medida de los parmetros ms

representativos.

2. El canal est montado sobre dos soportes, con un sistema que permite

controlar la inclinacin del canal. Inclinacin del canal ajustable.

3. Depsito de entrada (capacidad: 38 litros), con tranquilizador de flujo y

vlvula de vaciado.

4. Depsito de captacin (capacidad: 38 litros), con vlvula de vaciado.

5. Vlvula de control de caudal.6. Tuberas.

7. FME00/B.Grupo de Alimentacin Hidrulica Bsico: Depsito de

almacenamiento (capacidad: 140 litros aprox.).

8. Interruptor de seguridad ON/OFF.

9. Caudalmetro.

10. Vlvula de control de caudal.

11. Sensor de caudal.

12. Sensores de presin.

13. Sensor de desplazamiento.


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CAUDALIMETRO

Un caudalmetro es un instrumento de medida para

la medicin de caudal o gasto volumtrico de un

fluido o para la medicin del gasto msico. Estos

aparatos suelen colocarse en lnea con la tubera

que transporta el fluido. Tambin suelen llamarse

medidores de caudal, medidores de flujo o

flujmetros.

LIMNIMETRODESCRIPCION:

Un bastidor de montaje se fija a una estructura apropiada de

soporte, y una varilla medidora queda libre para deslizarse hacia

arriba y hacia abajo por encima de la superficie del agua. Un

gancho o una punta de acero inoxidable, fijado al extremo

inferior de la varilla, se utiliza para localizar la superficie delagua.

La medicin se realiza usando una escala primaria fijada al

bastidor de montaje y una escala nonio fijada a la varilla. Los

bordes de las dos escalas estn en contacto.

La varilla est fijada en un collar con tornillo que permite un

ajuste fino, y puede ser liberada del mismo para efectuar rpidamente cambios

grandes de posicin. Un tornillo de fijacin situado en la escala nonio permite fijar

la posicin cero.


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ESPECIFICACIONES:

Un aparato robusto de bajo coste para la medicin de la posicin de la superficie

del agua con precisin de 0.20mm. Bastidor de montaje en aluminio colado

lacado. Varilla de medicin y mecanismo de ajuste en latn revestido brillante.

Suministrado completo con gancho y punta de acero inoxidable.

FLUIDO (AGUA)

Un fluido es un conjunto de partculas

que se mantienen unidas entre s por

fuerzas cohesivas dbiles y las paredes

de un recipiente; el trmino engloba a

los lquidos y los gases.

PROCEDIMIENTO

1. Coloque el canal en pendiente positiva.2. Encienda la bomba que suministra el flujo al canal.

3. Seleccione un valor de caudal.

4. Espere unos minutos a que el flujo se estabilice.

5. Mida la profundidad del agua en cuatro secciones a lo largo del canal.

6. Anote los valores de las profundidades, haciendo uso del limnmetro.

7. Registre las lecturas de los tirantes.

8. Vuelva a repetir la medicin cuatro veces ms con caudales y pendientes

distintas.

9. Elabore una tabla con los datos medidos y procesados.

10. Determine los parmetros de la Curva de Energa Especfica.

11. Grafique la Curva de Energa Especfica.

12. Calcular la profundidad crtica Yc.


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13. Clasificar el flujo para cada profundidad experimental.

RESULTADOS Y GRAFICOS


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Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q^2/A^2*2g) V F

0.002 3000 0.064 0.000002 0.000833333 1.28E-07 ######### 6510.416667 0.0044 1469054.9558

0.004 3000 0.064 0.000004 0.000833333 2.56E-07 ######### 3255.208333 0.0063 519389.3606

0.006 3000 0.064 0.000006 0.000833333 3.84E-07 ######### 2170.138889 0.0077 282719.7581

0.008 3000 0.064 0.000008 0.000833333 5.12E-07 ######### 1627.604167 0.0089 183631.8695

0.01 3000 0.064 0.00001 0.000833333 0.00000064 86412.8954 1302.083333 0.0099 131396.2697

0.1 3000 0.064 0.0001 0.000833333 0.0000064 864.1291 130.2083333 0.0313 4155.1149

0.2 3000 0.064 0.0002 0.000833333 0.0000128 216.0324 65.10416667 0.0443 1469.0550

0.4 3000 0.064 0.0004 0.000833333 0.0000256 54.0085 32.55208333 0.0627 519.3894

0.8 3000 0.064 0.0008 0.000833333 0.0000512 13.5028 16.27604167 0.0886 183.6319

1 3000 0.064 0.001 0.000833333 0.000064 8.6423 13.02083333 0.0991 131.3963

2 3000 0.064 0.002 0.000833333 0.000128 2.1623 6.510416667 0.1401 46.4556

3 3000 0.064 0.003 0.000833333 0.000192 0.9631 4.340277778 0.1716 25.2872

4 3000 0.064 0.004 0.000833333 0.000256 0.5441 3.255208333 0.1982 16.4245

5 3000 0.064 0.005 0.000833333 0.00032 0.3507 2.604166667 0.2216 11.7524

6 3000 0.064 0.006 0.000833333 0.000384 0.2460 2.170138889 0.2427 8.9404

7 3000 0.064 0.007 0.000833333 0.000448 0.1834 1.860119048 0.2622 7.0947

y1 9.001 3000 0.064 0.009001 0.000833333 0.00057606 0.1157 1.446598526 0.2973 4.8657

9.011 3000 0.064 0.009011 0.000833333 0.0005767 0.1154 1.444993157 0.2975 4.85769.02 3000 0.064 0.00902 0.000833333 0.00057728 0.1152 1.443551367 0.2976 4.8504

9.28 3000 0.064 0.00928 0.000833333 0.00059392 0.1096 1.40310704 0.3019 4.6479

9.336 3000 0.064 0.009336 0.000833333 0.0005975 0.1085 1.394690803 0.3028 4.6062

9.39 3000 0.064 0.00939 0.000833333 0.00060096 0.1074 1.386670217 0.3037 4.5665

9.4 3000 0.064 0.0094 0.000833333 0.0006016 0.1072 1.385195035 0.3038 4.5592

Y2 9.5 3000 0.064 0.0095 0.000833333 0.000608 0.1052 1.370614035 0.3054 4.4874

9.51 3000 0.064 0.00951 0.000833333 0.00060864 0.1051 1.369172801 0.3056 4.4804

9.52 3000 0.064 0.00952 0.000833333 0.00060928 0.1049 1.367734594 0.3058 4.4733

(g*y)


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9.53 3000 0.064 0.00953 0.000833333 0.00060992 0.1047 1.366299405 0.3059 4.4663

9.6 3000 0.064 0.0096 0.000833333 0.0006144 0.1034 1.356336806 0.3070 4.4175

9.7 3000 0.064 0.0097 0.000833333 0.0006208 0.1015 1.342353952 0.3086 4.3494

9.85 3000 0.064 0.00985 0.000833333 0.0006304 0.0989 1.321912014 0.3110 4.2504

9.89 3000 0.064 0.00989 0.000833333 0.00063296 0.0982 1.316565554 0.3116 4.2246

9.9 3000 0.064 0.0099 0.000833333 0.0006336 0.0981 1.31523569 0.3118 4.2182

Y3 10.1 3000 0.064 0.0101 0.000833333 0.0006464 0.0948 1.289191419 0.3149 4.0936

10.11 3000 0.064 0.01011 0.000833333 0.00064704 0.0947 1.287916255 0.3151 4.0875

10.12 3000 0.064 0.01012 0.000833333 0.00064768 0.0945 1.28664361 0.3152 4.0814

10.2 3000 0.064 0.0102 0.000833333 0.0006528 0.0933 1.276552288 0.3165 4.0335

10.28 3000 0.064 0.01028 0.000833333 0.00065792 0.0920 1.266618029 0.3177 3.9865

10.3 3000 0.064 0.0103 0.000833333 0.0006592 0.0918 1.264158576 0.3180 3.9749

10.35 3000 0.064 0.01035 0.000833333 0.0006624 0.0910 1.25805153 0.3188 3.9461

10.48 3000 0.064 0.01048 0.000833333 0.00067072 0.0892 1.242445929 0.3208 3.8729

10.5 3000 0.064 0.0105 0.000833333 0.000672 0.0889 1.240079365 0.3211 3.8619

Y4 10.9 3000 0.064 0.0109 0.000833333 0.0006976 0.0836 1.194571865 0.3272 3.6513

11 3000 0.064 0.011 0.000833333 0.000704 0.0824 1.183712121 0.3287 3.6016

12 3000 0.064 0.012 0.000833333 0.000768 0.0720 1.085069444 0.3433 3.1609

13 3000 0.064 0.013 0.000833333 0.000832 0.0641 1.001602564 0.3573 2.8033

15 3000 0.064 0.015 0.000833333 0.00096 0.0534 0.868055556 0.3838 2.2618

100 3000 0.064 0.1 0.000833333 0.0064 0.1009 0.130208333 0.9910 0.1314

2000 3000 0.064 2 0.000833333 0.128 2.0000 0.006510417 4.4317 0.0015

3000 3000 0.064 3 0.000833333 0.192 3.0000 0.004340278 5.4277 0.0008

4000 3000 0.064 4 0.000833333 0.256 4.0000 0.003255208 6.2674 0.0005

4500 3000 0.064 4.5 0.000833333 0.288 4.5000 0.002893519 6.6476 0.0004

6000 3000 0.064 6 0.000833333 0.384 6.0000 0.002170139 7.6759 0.0003

7000 3000 0.064 7 0.000833333 0.448 7.0000 0.001860119 8.2910 0.0002

8000 3000 0.064 8 0.000833333 0.512 8.0000 0.001627604 8.8634 0.0002


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9000 3000 0.064 9 0.000833333 0.576 9.0000 0.001446759 9.4011 0.0002

10000 3000 0.064 10 0.000833333 0.64 10.0000 0.001302083 9.9096 0.0001

11000 3000 0.064 11 0.000833333 0.704 11.0000 0.001183712 10.3933 0.0001

12000 3000 0.064 12 0.000833333 0.768 12.0000 0.001085069 10.8554 0.0001

13000 3000 0.064 13 0.000833333 0.832 13.0000 0.001001603 11.2987 0.0001

14000 3000 0.064 14 0.000833333 0.896 14.0000 0.00093006 11.7252 0.0001

15000 3000 0.064 15 0.000833333 0.96 15.0000 0.000868056 12.1367 0.0001

Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q 2/A^2*2g) V F

y1 9 1200 0.064 0.009 0.000333333 0.000576 0.0261 0.578703704 0.2973 1.9466

y2 9.5 1200 0.064 0.0095 0.000333333 0.000608 0.0248 0.548245614 0.3054 1.7950

y3 10.1 1200 0.064 0.0101 0.000333333 0.0006464 0.0237 0.515676568 0.3149 1.6374

y4 10.9 1200 0.064 0.0109 0.000333333 0.0006976 0.0225 0.477828746 0.3272 1.4605


y1 13 1600 0.064 0.013 0.000444444 0.000832 0.0275 0.534188034 0.3573 1.4951

y2 12.5 1600 0.064 0.0125 0.000444444 0.0008 0.0282 0.555555556 0.3504 1.5857

y3 11.4 1600 0.064 0.0114 0.000444444 0.0007296 0.0303 0.609161793 0.3346 1.8206

y4 10.9 1600 0.064 0.0109 0.000444444 0.0006976 0.0316 0.637104995 0.3272 1.9473

(g*y)

(g*y)


19/22


y1 15.9 2000 0.064 0.0159 0.000555556 0.0010176 0.0311 0.54594689 0.3951 1.3816

y2 14.5 2000 0.064 0.0145 0.000555556 0.000928 0.0328 0.598659004 0.3773 1.5865

y3 13.5 2000 0.064 0.0135 0.000555556 0.000864 0.0346 0.643004115 0.3641 1.7660

y4 12.6 2000 0.064 0.0126 0.000555556 0.0008064 0.0368 0.688932981 0.3518 1.9586

Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q^2/A^2*2g) V F

y1 17.5 2400 0.064 0.0175 0.000666667 0.00112 0.0356 0.595238095 0.4145 1.4359

y2 16.5 2400 0.064 0.0165 0.000666667 0.001056 0.0368 0.631313131 0.4025 1.5684

y3 15.5 2400 0.064 0.0155 0.000666667 0.000992 0.0385 0.672043011 0.3901 1.7226

y4 14.5 2400 0.064 0.0145 0.000666667 0.000928 0.0408 0.718390805 0.3773 1.9038

Y(mm) Q(ls/h) b(m) Y(m) Q(m^3/seg) area E=y+(Q^2/A 2*2g) V F

y1 20.4 3000 0.064 0.0204 0.000833333 0.0013056 0.0412 0.638276144 0.4476 1.4261

y2 19.9 3000 0.064 0.0199 0.000833333 0.0012736 0.0417 0.654313233 0.4421 1.4801

y3 18.5 3000 0.064 0.0185 0.000833333 0.001184 0.0437 0.703828829 0.4262 1.6513

y4 17.6 3000 0.064 0.0176 0.000833333 0.0011264 0.0455 0.739820076 0.4157 1.7796

(g*y)

(g*y)

(g*y)


20/22

0.000001

1

0.0000 0.0100 10.0000 10000.0000 10000000.0000

TIRANTESHIDRAULICOS(m)

ENERGIA ESPECIFICA

TIRANTES HIDRAULICOS vs ENERGIA

ESPECIFICA

0.0000

0.0000

0.0100

10.0000

10000.0000

10000000.0000

0.000001 1 1000000

NDEFROYDE

VELOCIDAD (m/seg.)

VELOCIDAD(m/seg.) VS N FROUDE

VELOCIDAD(m/seg.) VS

N FROUDE


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CONCLUCIONES

Se ha logrado graficar la Curva de Energa Especfica dentro de los

parmetros tericos indicados.

Se calcul la profundidad crtica Yc, terica y real; y se pudo comprobar que

existe una estrecha relacin entre ambos.

Se identific el tipo flujo (subcrtico, crtico y supercrtico) para cada

profundidad experimental.

RECOMENDACIONES

Tener el cuidado necesario al momento de calibrar el limnmetro, para una

mejor obtencin de tirantes.

Hacer el uso adecuado del caudalmetro, para no obtener un caudal muy

alto y genere desperfectos en el Canal Abierto de Sedimentacin.

Tomar las muestras necesarias para graficar la Curva de Energa

Especfica; y as cumpla con los parmetros tericos establecidos.


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ANEXOS

informe de energia especifica

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