Manual_Hidraulica_cap5_p4.pdf

Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

5 o s e m e s t r e

H i d r u l i c a d ec a n a l e s I

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

Laboratorio de Hidrulica Ing. David Hernndez Hueramo

Manual de Prcticas de Laboratorio Hidrulica de canales 5to Semestre

1

4. SECCIN DE CONTROL

Objetivos

El alumno comprender el concepto de seccin de control y aprender a localizarla fsicamente en un conducto abierto.

Aplicacin En todo cauce natural o artificial donde fluye un lquido es de inters comn el conocer que

cantidad de se lquido est fluyendo en un determinado tiempo, lo cual puede ser

contestado de diversas formas, algunas ya vistas en clases y/o en prcticas de laboratorio,

sin embargo existe una forma sencilla de no solo contestar a esta pregunta, ya que si se

conocen las caractersticas de una determinada seccin, como son ancho de plantilla,

taludes de los bordos y la pendiente de un tramo con seccin homognea, se puede saber

que caudal esta pasando en un determinado momento con solo medir el tirante de agua, lo

cual resulta de gran utilidad para crear estaciones de aforo hidromtrico.

Definiciones, frmulas y unidades a utilizar

Seccin de control. Es el lugar de una conduccin a superficie libre donde se puede

establecer una relacin directa entre el gasto y el tirante, independientemente de la

rugosidad y la pendiente del conducto. Para que lo anterior se cumpla debe presentarse

en la seccin la energa especfica mnima, es decir:

BA

gQ 32 = 4.1

El tirante que satisface la ecuacin anterior se denomina tirante crtico (yc) y s el

escurrimiento ocurre con dicho tirante se dice que el escurrimiento en el conducto es en

rgimen crtico, siendo posible escribir la ecuacin anterior de la siguiente forma:

c

c

BA

gQ 32 = 4.2



2

Del anlisis de la ecuacin 4.2 se puede decir que el tirante crtico depende nicamente

de la geometra de la seccin del conducto y del gasto, por lo que en una seccin donde

se presente el rgimen crtico se puede fcilmente determinar el gasto que pasa por ella

al despejarlo de dicha frmula:

c

c

BgA

Q 3= 4.3

S se considera que a la relacin del rea entre el ancho de la superficie libre del agua se

le denomina tirante medio, entonces para la condicin crtica se tendra:

cc

c yBA = 4.4

Entonces finalmente la ecuacin (4.3) se podra escribir de la siguiente forma:

cc ygAQ = 4.5 De lo anterior se puede concluir que toda seccin crtica es una seccin de control, pero no necesariamente toda seccin de aforo tiene que tener condiciones crticas.

De la frmula (4.1) y considerando la ecuacin de continuidad (Q=VA), se deduce que:

yBA

gV ==

2

4.6

Lo cual da origen al nmero de Froude (Fr), el cual es igual a:

yg

VFr = 4.7

Observando que cuando Fr es igual a uno, se cumple con la ecuacin (4.1), es decir se

tiene la energa especfica mnima.

En las frmulas anteriores se tiene que:

Q = Gasto (m3/s). g = Aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2). A = rea hidrulica (m2). B = Ancho de la superficie libre del agua (m).

cy =tirante crtico medio (m). V = Velocidad media del agua (m/s). y = Tirante medio (m).



3

Procedimiento en el canal de flujo lento. 1. Se deja pasar un gasto dentro del canal. 2. Medir el ancho del canal al inicio de la rpida (seccin rectangular aguas arriba). 3. Una vez que se estabilice el flujo, se procede a tomar la lectura en el limnmetro en el

vertedor al final del canal para determinar el gasto que circula. 4. Aplicando la condicin de rgimen critico en una seccin rectangular, se calculara el

tirante crtico correspondiente al gasto y la seccin geomtrica, ecuacin 4.1. 5. Calculado el tirante crtico, se procede a localizarlo fsicamente en la zona cercana

aguas arriba de la rpida con mediciones del tirante, una vez encontrado se habr definido la seccin de control.

6. Se cambia de gasto en un par de ocasiones y se repite el procedimiento hasta el paso 5.

Procedimiento en el Canal de flujo rpido.

1. Se deja pasar un determinado gasto a travs del canal de flujo rpido cuya pendiente es S = 0.04 y se mide el ancho del mismo.

2. Una vez estabilizado el flujo se miden cuatro tirantes dos ubicados aguas arriba y dos aguas abajo una seccin previamente establecida la cual se mantendr a lo largo de toda la prctica (donde se visualiza cambios de comportamiento en el flujo), para obtener un tirante promedio.

3. Se obtiene el gasto que circula en el canal aplicando Mtodo Seccin Pendiente, considere la rugosidad del canal n=0.034.

4. De la ecuacin de Energa especifica y Rgimen Critico se determinara el gasto que circula en la seccin.

5. Si los gastos calculados en los pasos 4 y 5 coinciden, se demuestra que hay en efecto una relacin directa entre el gasto y el tirante y que no influye la rugosidad del canal.

6. Se comprueba la condicin crtica calculando el nmero de Froude para dicho tirante promedio.

Actividades

1. Conforme a los resultados obtenidos identifique para cada ensayo el tipo de rgimen del flujo y compare los tirantes obtenidos con respecto al crtico.

2. En el caso de que el canal fuera trapecial, se puede encontrar el tirante crtico de la misma forma que la realizada en la prctica? Explique por que si o porqu no.

3. Si se vara el gasto en el canal manteniendo la misma pendiente el tirante crtico ser el mismo o cambiar? Explique por que si o por qu no.

4. En un tramo de canal donde se tiene una pendiente menor a la crtica y que continua con un tramo con pendiente mayor que la crtica Dnde se presenta el tirante crtico?



4

TABLA 4.1

Canal de flujo lento Ancho de canal: ___________ m

(1) No. de ensayo

(2) (3) (4) h Q yc m m3/s m

TABLA 4.2

No. de ensayo

Seccin rea Permetro Radio Hidrulico Gasto

Manning Gasto

condicin critica

Froude

y1 y2 y3 y4 y

A P Rh QM QC Fr

m m m m m m2 m m m3/s m3/s m

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