PRACTICA No8 Analisi de Curva en Canal

Laboratorio de HidráulicaFacultad de Ingeniería Mochis

Universidad Autónoma de Sinaloa

PRÁCTICA # 17Análisis de una curva en un canal rectangular

OBJETIVO:

Obtención de la pérdida de carga en la curva de un canal abierto.

INTRODUCCIÓN:

A lo largo de una trayectoria curva, las líneas de corriente de flujo no solo son curvilíneas, sino que también se entrecruzan, generando corrientes espirales y ondas cruzadas. Además la fuerza centrifuga que actúa sobre el flujo a lo largo de una curva, produce un aspecto único conocido como sobre elevación, es decir, una elevación en la superficie de agua en la banca exterior acompañada con una disminución en la banca interna. También la distribución de velocidades en las secciones del canal en la curva es muy irregular y los coeficientes “” y “” a menudo son bastantes mayores que la unidad. En canales de alineamiento no lineal el flujo se comporta de manera diferente según el estado del flujo. En general el flujo subcritico muestra una superficie de agua suave y una ligera sobre elevación, en tanto que el flujo supercrítico muestra patrones característicos de perturbaciones de ondas cruzadas en la superficie y por consiguiente exagera le sobre elevación. En el estudio del flujo subcritico las corrientes espirales son de interés primordial, y son esencialmente un fenómeno de fricción; por consiguiente, su análisis requiere el uso del número de Reynolds como parámetro. En el estudio del flujo supercrítico la formación de ondas transversales es de interés primordial, y representa el efecto gravitacional de la superficie libre sobre el flujo, por consiguiente su análisis se basara en el uso del número de Froude como parámetro básico. La resistencia adicional al movimiento del líquido que se presenta en una curva puede ser superada por un aumento de pendiente en relación a la pendiente de los tramos rectilíneos. La pendiente de la curva puede ser determinada por la ecuación:

S’ = s 1 + ¾ b/RC

S’ = Pendiente en el tramo curvo. S = Pendiente en los tramos rectos. b = Ancho del canal, aguas arriba de la curva. Rc = Radio medio de la curva.

Nota: Por lo general este aumento de pendiente es despreciable.



Los efectos de la curvatura se pueden reducir, aumentando el ancho del canal en los tramos curvos, el cual se calcula median la siguiente expresión:

B = b 1 + ¾ b / rc

B = Ancho del canal en el tramo curvo. rc = Radio de curvatura

Debido a la fuerza centrifuga provocada por el movimiento del liquido. En una curva se verifica una sobre elevación del tirante en la parte externa de la misma.

2 .3 V2 B d = Log. 1 + g rc – B/2

d = Aumento del tirante en relación al tirante en los extremos rectilíneos. V = Velocidad media del liquido.

El calculo de la perdida de energía, en una curva en un canal abierto, puede ser determinada por la formula. V2

Hf = fc 2g

Experimentalmente, se verifica que el coeficiente de resistencia de la curva (fc) depende del número de Reynolds (Rc), del radio de curvatura (rc), del tirante (d), del ancho del canal (b) y del ángulo de curvatura .

Para canales de sección rectangular se tiene que:

f1 f3 fc = fo * * f2 f4

En donde:

fo Coeficiente dado por la relación rc / b en función de rc para d/b= 1 y = 90 f1 Coeficiente referente a d/B en función de rc. df2 Coeficiente relativo a = 1



b

f3 Coeficiente referente a 180 en función de rc

f4 Coeficiente referente a = 0.50 180

Nota: Los valores de estos coeficientes están representados en los diagramas 1, 2 y 3.

EQUIPO REQUERIDO:

Limnimetro portátil.

PROCEDIMIENTO:

1.- Se fija un gasto (de mayor a menor).

2.- Medimos el tirante (y) en el medidor Parshall y lo anotamos en la tabla # 1.

3.- Medimos el tirante (d1) al inicio de la curva (50 cm Después del cambio de sección trapecial a rectangular) y lo anotamos en la tabla # 1.

4.- Medimos el tirante (d2) en el extremo exterior de la curva, y lo anotamos en la tabla # 1.

5.- Fijamos un nuevo gasto y repetimos los pasos 2, 3 y 4: en dos ocasiones más.

MEMORIA DE CALCULO:

1.- Determinamos el gasto utilizando el tirante (y) en metros, mediante la formula Q = 0.381 y1. 5 8 , y lo registramos en la columna 1 de la tabla # 2.

2.- Con el ancho de plantilla b = 38.20 cm., y el tirante d1 medido al inicio de la curva, determinamos el área hidráulica y lo registramos en la tabla # 2, columna 2.

3.- Con el gasto y el área determinamos la velocidad media (V), utilizando la ecuación de continuidad y la registramos en la columna 3, tabla # 2 Q V = A 4.- Determinamos el perímetro mojado: Pm = b + 2d, Y lo registramos en la columna 4, tabla # 2.



5.- Con el área hidráulica y el perímetro mojado determinamos el radio hidráulico: A Rh = P 6.- Con la velocidad media, el radio hidráulico y la viscosidad cinemática a 20 C es √ = 1 x 10 – 6 determinamos el numero de Reynolds V * Rh V en m/seg R = Rh en m √ √ en m2 / seg.Y la registramos en la tabla # 2.

7.- Para b = 38.20 cm., y rc = 2 m, obtenemos la relación rC / b = 5.23, y en función del Número de Reynolds (Re), determinamos el coeficiente “fo” del diagrama 1 y lo registramos en la tabla # 2.

8.- Obtenemos el coeficiente “f1” con la relación d / b y en función del Número de Reynolds (Re) del diagrama 2, y lo registramos en la tabla # 2.

9.- Del diagrama 2 determinamos f2 para d / b = 1 y lo registramos en la tabla #2.

10.- Para = 180 la relación / 180 = 1 y en función del número de Reynolds (Re), del diagrama 3, obtenemos el coeficiente f3 y lo registramos en la tabla # 2.

11.- Del diagrama 3 para la relación / 180 = 0.50, obtenemos el coeficiente f4 y lo registramos en la tabla # 2.

12.- Con los coeficientes anteriores determinamos el coeficiente de resistencia de la curva “fc “ y lo registramos en la tabla # 2.

13.- Con los valores de “fc“ y la velocidad media “V” determinamos las perdidas de energía y lo registramos en la tabla # 2.

14.- Determinamos la relación real del tirante en la curva, mediante la ecuación:

d = d2 – d1

15.- Para rc = 2m y B = 38.20 cm, determinamos la elevación (teórica) del tirante en la curva, y lo registramos en la tabla # 2.

16.- Para las condiciones dadas determinamos el ancho del canal (B) necesario, para reducir los efectos de la curvatura; y lo registramos en la tabla # 2.



17.- Para una pendiente de fondo S = 0.0027, determinamos la pendiente (S’) para que en el tramo curvo se disminuyan los efectos de esta; y lo registramos en la tabla # 2.

18.- Para las siguientes lecturas (diferentes gastos), repetimos los pasos del 1 al 15.

REPORTE DE PRACTICAS:

El reporte de prácticas que el alumno presentara contendrá:

1).- La tabla # 2.

2).- Responderá las siguientes preguntas.

a).- ¿Que es el flujo en espiral?

b).- ¿Cuales son las principales causas para que se presente el flujo en espiral?

c).- ¿En que consisten los siguientes métodos en el diseño de secciones curvas? 1).-Banqueado. 2).- Vanos curvos múltiples. 3).- Curvas de alivio. 4).- Escalones diagonales.

d).- Si en el caso de esta practica, el incremento del tirante fue mínimo. ¿Qué factor fue el que determino este fenómeno?

BIBLIOGRAFIA:

HIDRÁULICA DE LOS CANALES ABIERTOS – VenTe Chow, Capitulo 16.

MANUAL DE HIDRÁULICA . J.M. de Azevedo y Guillermo Acosta A. CAP. 25



TABLA # 1

LECTURA Y d1 d2(m) (m) (m)

1

2

3

4

TABLA # 2

LECTURA Q A V Pm Rh Hf Δ d (cm)(m2 / seg.) (m2) (m / seg.) (m) (m) Re f0 F1 f2 f3 f4 f5

(m) Real Teórico B √1

2

3

4

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