UNIVERSIDAD ANDINA NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZFACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL INFORME Nº 03 CURSO DOCENT DETERMINACIÓN DEL CAUDAL EN FLUJO UNIFORME Y PERMANENTE INTEGRANTES : MAMANI MAMANI, Christian Deyvis FECHA DE ENTREGA : 1 junio del 2017 SEMESTRE :V-b FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ÍNDICE 1 OBJETIVOS ........................................................................................................ 3 2 HOJA DE DATOS ............................................................................................... 3 3 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS E INSTRUMENTOS .......................... 3 TUBO DE PITOT ................................................................................................ 3 CANAL DE PENDIENTE VARIABLE 15M ......................................................... 4 4 FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................. 4 4.1 FLUJO PERMANENTE ................................................................................. 4 4.2 FLUJO UNIFORME ....................................................................................... 5 4.3 PROPIEDAD GEOMÉTRICA DE CANALES ................................................. 6 4.4 SECCIONES ABIERTAS ............................................................................... 6 Sección trapezoidal: ......................................................................................... 6 Sección rectangular: ........................................................................................ 6 Sección triangular: ........................................................................................... 6 Sección parabólica: .......................................................................................... 6 Sección circular: ............................................................................................... 7 5 EJEMPLO DE CÁLCULO PARA UN PUNTO EXPERIMENTAL ....................... 7 5.1 PROCEDIMIENTO PASO A PASO ............................................................... 7 5.2 PROCEDIMIENTO MATEMÁTICO ............................................................... 7 6 TABULACIÓN DE RESULTADOS ..................................................................... 8 7 OBSERVACIONES ............................................................................................. 8 8 RECOMENDACIONES ....................................................................................... 8 9 CONCLUSIONES................................................................................................ 8 10 APORTES ........................................................................................................... 9 11 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 9 12 ANEXOS ........................................................................................................... 10 CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 2 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 1 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Comprobar el coeficiente de rugosidad en superficie del canal frente a la tabla oficial de valores de rugosidad de Horton. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Obtener los datos de caudal, área, radio hidráulica, pendiente Proceder a realizar los cálculos necesarios para dicha comprobación. 2 HOJA DE DATOS CAUDAL Sección Velocidad del Caudal 0,75 Profundidad - Y Ancho - B ÁREA m2 m3/s 3 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS E INSTRUMENTOS TUBO DE PITOT El tubo de Pitot se utiliza para calcular la presión total, también denominada presión de estancamiento, presión remanente o presión de remanso (suma de la presión estática y de la presión dinámica). Lo inventó el ingeniero francés Henri Pitot en 1732.1 Lo modificó Henry Darcy, en 1858.2 Se utiliza mucho para medir la velocidad del viento en aparatos aéreos y para cuantificar las velocidades de aire y gases en aplicaciones industriales. Mide la velocidad en un punto dado de la corriente de flujo, no la media de la velocidad del viento. CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 3 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CANAL DE PENDIENTE VARIABLE 15M La serie de canales H91.8D ha sido diseñada por Didacta Italia para el estudio de los fenómenos hidrodinámicos de las corrientes de superficie libre en los canales abiertos con pendiente variable. Están disponibles las siguientes versiones: En el fondo del canal está presente una serie de orificios roscados escamoteables (paso 250 mm), a utilizar para la fijación de los modelos opcionales y una serie de orificios pasantes que se utilizan para determinar los valores de presión. A lo largo de ambos lados del canal está colocado un riel de guía sobre el cual se desliza el carro portaaccesorios e instrumentos. Es posible inclinar el fondo del canal hasta un máximo de 3°, simulando las normales pendientes de los canales reales; es posible también obtener una leve contrapendiente. 4 FUNDAMENTO TEÓRICO 4.1 FLUJO PERMANENTE La Mecánica de Fluidos es la rama de la ciencia que estudia el equilibrio y el movimiento de los fluidos, esto es, líquidos y gases. En los fluidos, puede producirse un movimiento relativo de las moléculas u átomos que forma parte de la estructura interna tanto CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 4 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL en movimiento como en reposo, situación que no se produce nunca en los sólidos. La mecánica de fluidos puede dividirse en dos partes diferenciadas. La primera de ellas es la que estudia, básicamente, el movimiento de fluidos que circula por una trayectoria concreta, en el que el fenómeno característico es su transporte. En este tipo de circulación de fluidos, éstos circulan canalizados por el interior de conducciones o cauces, y por ello se denomina flujo interno. Es una ciencia básica en todas las ingenierías. Cuando el fluido objeto de estudio es el agua, la parte de la mecánica de fluidos que estudia su movimiento es la Hidráulica. 4.2 FLUJO UNIFORME La profundidad, el área mojada, la velocidad y el caudal en cada sección del canal son constantes. La línea de energía, la superficie del agua y el fondo del canal son paralelos, es decir, sus pendientes son todas iguales Sf = Sw = So = S, donde Sf es la pendiente de la línea de energía, Sw es la pendiente del agua y So es la pendiente del fondo del canal. Cuando el flujo ocurre en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes de las fuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del movimiento (figura 1). Un flujo uniforme se alcanzará si la resistencia se equilibra con las fuerzas gravitacionales. La profundidad del flujo uniforme se conoce como profundidad normal. CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 5 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 4.3 PROPIEDAD GEOMÉTRICA DE CANALES La sección transversal de un canal natural es generalmente de forma muy irregular y varia de un lugar a otro, desde aproximadamente una parábola hasta aproximadamente un trapecio. Los canales artificiales usualmente se diseñan con formas geométricas regulares (prismáticos), un canal construido con una sección transversal invariable y una pendiente de fondo constante se conoce como canal prismático. El término sección de canal se refiere a la sección transversal de un canal tomado en forma perpendicular a la dirección del flujo, las secciones mas comunes son las siguientes: 4.4 SECCIONES ABIERTAS Sección trapezoidal: Se usa en canales de tierra debido a que proveen las pendientes necesarias para estabilidad, y en canales revestidos. Sección rectangular: Debido a que el rectángulo tiene lados verticales, por lo general se utiliza para canales construidos con materiales estables, acueductos de madera, para canales excavados en roca y para canales revestidos. Sección triangular: Se usa para cunetas revestidas en las carreteras, también en canales de tierra pequeños, fundamentalmente por facilidad de trazo. También se emplean revestidas, como alcantarillas de las carreteras. Sección parabólica: Se emplea en algunas ocasiones para canales revestidos y es la forma que toman aproximadamente muchos canales naturales y canales viejos de tierra. Secciones cerradas CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 6 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Sección circular: El círculo es la sección más común para alcantarillados y alcantarillas de tamaños pequeño y mediano. Sección parabólica: Se usan comúnmente para alcantarillas y estructuras hidráulicas importantes. 5 EJEMPLO DE CÁLCULO PARA UN PUNTO EXPERIMENTAL 5.1 PROCEDIMIENTO PASO A PASO PRIMERO.- Fijar el ángulo (a) SEGUNDO.- A través del tablero de control dejar fluir el agua en todo el canal TERCERO.- Tomar los datos del tirante respecto al espejo de agua CUARTO.- Apuntar las cotas piezometricas, registrados en el tubo de PITOT QUINTO.- Comprobar el coeficiente de rugosidad del canal 5.2 PROCEDIMIENTO MATEMÁTICO PRIMERO.- Con el ángulo indicado se procede hallar la pendiente % =∗ = 0.015 SEGUNDO.- Obtenemos; el caudal, área hidráulica, radio hidráulico, pendiente. = 0.0457 = 0.0022 = 0.049 = 0.015 =? TERCERO.- Utilizando la fórmula de Manning, hallamos “n” (coeficiente de rugosidad) 1 = ∗ ∗ = 0.008 CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 7 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 6 TABULACIÓN DE RESULTADOS AREA CAUDAL Sección Velocidad del Caudal 0,75 Profundidad - Y Ancho - B m2 m3/s Rectangular 2,078 0,074 0,3 0,022 0,0457 7 OBSERVACIONES Antes de tomar las cotas piezometricas se debe realizar una prueba previa del correcto funcionamiento del tubo de Pitot. Para la toma de datos del tirante, el caudal del canal debe de ser constante. 8 RECOMENDACIONES La toma de datos en el tirante, diferencia de cotas tienen que ser de manera correcta, para tener una comprobación precisa. Para realizar en ensayo correspondiente, tenemos que tener conocimientos previos de flujo uniforme, permanente y otros 9 CONCLUSIONES Al terminar la práctica pudimos comprobar que el coeficiente de rugosidad en superficie vidrio es 0.008, la misma que se aproxima en la tabla oficial de valores de Rugosidad Horton. El trabajo en equipo tiene que ser de forma coordinada de acuerdo a nuestra formación profesional. CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA Pág. - 8 - FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 10 APORTES 11 BIBLIOGRAFÍA - Máximo Villon, HIDRÁULICA DE CANALES, 2da EDICIÓN 2007 - https://prezi.com/c73w9gn54g--/flujo-permanente/ - http://www.cuevadelcivil.com/2011/02/elementos-geometricos-de-la- seccion.html FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 12 ANEXOS Fuente Grupo Fuente Grupo Cotas piezometricas Tubo de Pitot Fuente Grupo Después de realizar el ensayo CURSO: LABORATORIO DE HIDRÁULICA DE CANALES Y TUBERÍAS SEMESTRE: V - A DOCENTE: Ing. BRIAN MIJAIL MAMANI HUERTA. Pág. - 10 -