UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

http://dicyg.fi-c.unam.mx/~labhidraulica Semestre 2015-1

L A B O R A T O R I O D E H I D R Á U L I C A

HIDRÁULICA URBANA

PRÁCTICA 2

LUMBRERA DE DESCARGA AL SISTEMA DE DRENAJE PROFUNDO

OBJETIVO

Analizar el funcionamiento hidráulico de una captación de alta

caída.

ANTECEDENTES

Función de una captación de alta caída.

Elementos que constituyen una captación de alta caída.

Energía específica.

Flujo anular y vórtice libre.

DESARROLLO

1. Identificar las secciones de medición que se ubican en la

estructura:

Sección 1 en el canal de aproximación.

Sección J en la entrada de la estructura con ranura

vertical.

Sección 2 en el pozo de caída.

Sección 3 en la zona de disipación de energía.

Ver figuras 1 y 2.

J

e=0.096

0.193B =

D =

0.1

93

1

1

1

J

= 20°z = 0.0982 h

0.193

y1

j

Figura 1. Detalle de la estructura de entrada.

0.9

1

1.32

2.49

2

1

J

3

0.36

p

0.1

2

h

3

0.0

Figura 2. Estructura de alta caída.

LABORATORIODE HIDRAULICA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

http://dicyg.fi-c.unam.mx/~labhidraulica Semestre 2015-1

2. Medir:

a) el nivel de la cresta NC del vertedor de aforo, en m, y

b) la lectura dp del vernier en la pared interior del pozo de

caída sección 2, en m, ver figura 3

CN =_______m pd =_______m

dp dSA ba

Figura 3. Espesor del flujo anular.

3. Para tres condiciones de operación diferentes, medir y

registrar en la tabla 1:

a) el nivel de la superficie libre del agua en el vertedor

rectangular, NSA en m.

b) el tirante y1 al inicio de la rampa, en m. Figura1.

c) la altura Jh a la entrada del pozo, en m. Figura 1.

d) el ángulo θ del flujo anular que forma la velocidad

absoluta con la horizontal, en grados. Figura 4.

e) la distancia dSA en la sección 2. Figura 3.

f) las alturas h1, h2 y h3 en los piezómetros de la sección 3

medidos desde el nivel del piso. Figura 2.

V t

V zV

Figura 4. Velocidades del flujo en la sección 2.

Tabla 1.

Secciones y variables de

medición

Condiciones de operación

1ª condición 2ª condición 3ª condición

Vertedor SAN (m)

Sección 1 y1 (m)

Sección J Jh (m)

Sección 2 θ (°)

dSA (m)

Sección 3

h1 (m)

h2 (m)

h3 (m)

MEMORIA DE CÁLCULO

Para cada una de las tres condiciones de gasto operación:

1. Calcular el gasto Q, en m3/s, en el vertedor rectangular

2/323

2hbgQ

donde

h carga sobre el vertedor, en m, CSA NNh

g aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2

coeficiente de gasto, que depende de h, b, B, y w, según la

tabla 7.1 de la referencia 1. Se recomienda la fórmula de

SIAS.

b ancho del vertedor, 0.50 m

w altura del fondo del tanque de aforo a la cresta del

vertedor, 0.30m

B ancho del canal de aproximación, 1.70 m

2. Calcular la pérdida de energía entre las secciones 1 y J,

donde βhy JJ cos

gye

Qβy

gyB

Qyzhr

J

JJ2)(

cos2)( 2

2

211

2

11

3. Determinar el espesor ba, en m, y el área del anillo Aa de

agua en la sección 2, en m2.

pSAa ddb ; 4

222

aa

bDDA

4. Calcular las velocidades vertical zV , absoluta V y la

tangencial tV , en m/s

az

A

QV

sen/zVV

tan/zt VV

5. Determinar la energía específica en el flujo anular, como

22

22

2)1(

2

2 tgDg

VE z

donde

circulación rVt , en 1/s

r coordenada radial, r =R –ba , en m

R radio del pozo R = D/2, en m

t espesor relativo, t = ba /R, en m

6. Calcular la carga de presión en la sección 3 como

91.03

3213

hhhp

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

http://dicyg.fi-c.unam.mx/~labhidraulica Semestre 2015-1

donde 0.91 es la distancia vertical entre el piso y la sección 3,

en m.

7. Calcular la pérdida de energía hr , en m, así como la

eficiencia de la disipación de la energía , en por ciento,

entre las secciones 1-2 y 1- 3

222

11

2

11212)(

EzgyB

Qyzhr

1001

2121

H

hr

332

11

2

11312)(

pz

gyB

Qyzhr

100

1

3131

H

hr

8. Considerar escala de longitudes Le=20 y la fuerza de

gravedad como preponderante. Con el máximo gasto medido,

determinar para el prototipo: D, Q, y1, E1, yJ, V, E2, p3 /.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Sotelo A., G. Hidráulica general, Vol. 1, México, Editorial

Limusa, 1990.

2. Rodal C. E., Echávez A. G., y Ruiz S. G. Dispositivo

experimental para verificar el diseño de descargas a gran

altura a través de lumbreras mediante flujo helicoidal.

Memorias del XXIV Congreso Latinoamericano de

Hidráulica, 2010.

3. Rodal C. E., Echávez A. G., y Ruiz S. G. Estudio

experimental en modelo hidráulico del pozo de alta caída.

Memorias del XXV Congreso Latinoamericano de

Hidráulica, 2012.

4. González B. H. Estructura de captación de alta caída como

conexión al drenaje profundo. Tesina de Especialización.

Facultad de Ingeniería, UNAM, 2012.

CUESTIONARIO

1. ¿Cuál es la función de una estructura de captación?

2. ¿Cómo varía el ángulo θ, conforme aumenta el gasto?

3. ¿Se pueden despreciar las pérdidas de energía entre las

secciones 1 y J ?

4. De lo observado en la práctica, ¿De qué manera se obtuvo

un flujo helicoidal en la lumbrera?

5. ¿Qué tan eficiente es la estructura para disipar energía?