UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC FACULTAD DE INGENIERIA
UNIVERSIDAD DE LA COSTA CUC
LABORATORIO DE HIDRAULICA
FLUJO SOBRE UNA COMPUERTA
PRESENTADO POR:
CRISTIAN PERTUZ PEREAJAFFET RAMOS CABARCASJUAN NAVARRO MERCADOJOSE RINCONES
Grupo: AM
PROFESOR:ING. GERALD MESTRA RODRIGUEZ
ABRIL DE 2015BARRANQUILLA ATLANTICO
Contenido1.INTRODUCCIN32.OBJETIVOS42.1.OBJETIVO GENERAL42.2.OBJETIVOS ESPECIFICOS43.MARCO TEORICO54.PROCEDIMIENTO75.CALCULO Y RESUSTADOS86.ANALISIS DE RESULTADOS87.CONCLUSIONES1328.BIBLIOGRAFIA144
INTRODUCCIN
El flujo bajo una compuerta puede ser visto como una abertura cuadrada o rectangular que se ajusta de acuerdo a la abertura de la compuerta y cuando sta es pequea comparada con el flujo aguas arriba.Las compuertas pueden trabajar de dos maneras o a dos situaciones: Flujo libre y flujo sumergido. En esta experiencia vamos a trabajar de dos formas, la primera abriendo la compuerta cada 5mm manteniendo un caudal constante durante toda la experiencia y as determinar la altura antes de la compuerta junto con la altura despus de la misma; la segunda es teniendo la altura antes de la compuerta constante y variando el caudal para as mantener la misma altura. Todo lo anterior lo realizamos especficamente para calcular el coeficiente de descarga que existe al variar la abertura de la compuerta y el caudal.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Establecer la relacin hay entre la profundidad de flujo de una compuerta y el caudal que pasa por debajo de ella.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Calcular el coeficiente de descarga de la compuerta bajo las condiciones de flujo ensayadas. Implementar prcticas de laboratorio sobre medicin de flujo en compuertas. Observar cual es el comportamiento del coeficiente de descarga en un canal donde el caudal es constante y la altura de la compuerta variable. Conocer cul es el comportamiento de la altura (Y1) caudal con respecto a la abertura de la compuerta.
3. MARCO TEORICO
Flujo a travs de compuertasUna Compuerta es una placa mvil, plana o curva, que al levantarse, forma un orificio entre su borde inferior y la estructura hidrulica (presa, canal, etc.) sobre la cual se instala, y se utiliza en la mayora de los casos para la regulacin de caudales, y como emergencia y cierre para mantenimiento en los otros.
Las compuertas tienen las propiedades hidrulicas de los orificios y, cuando estn bien calibradas, tambin pueden emplearse como medidores de flujo.
Ecuaciones para el caudal de flujo a travs de compuertas:a.A travs de compuertas planas:para deducir la expresin, se considera el caso ms general, donde la compuerta est inclinada un ngulorespecto a la horizontal, y tiene un ancho B igual al del canal.
El flujo a travs del orificio formado por el labio inferior de la compuerta y el fondo del canal puede considerarse bidimensional.Ntese que la descarga supercrtica bajo la compuerta reduce progresivamente su profundidad a lo largo de una corta distancia I, aguas abajo, hasta una seccin en donde la contraccin del chorro es completa, llamadaVena contracta. [1].
[1]http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/flujo_compuertas/flujo_compuertas.html
4. PROCEDIMIENTO
MATERIALES
Banco hidrulico. Cronometro. Canaleta Regla mtrica Lmnimetro de punta PROCEDIMIENTO
Este ensayo consta de dos partes. La primera parte donde Yo constante, variacin de Q; y la segunda parte donde Q es constante, variacin de Yo.
La primera parte: Yo constante, variacin de Q.
Se gira la perilla de la compuerta hasta lograr acomodar la compuerta a una altura de 0,005 m por encima del fondo del canal. Se abre gradualmente la vlvula donde se controla el flujo del bando hidrulico hasta tener un Yo = 0,12 m, y est estable. Ya estable el flujo se procede a medir el Y1 y el caudal Q. Despus de tomar estas medidas se va incrementando de 0,005 m la altura o abertura de la compuerta y se va aumentando el caudal Q manteniendo Yo = 0,12 m. Para cada altura de la abertura de la compuerta se debe medir el caudal Q y profundidad de aguas debajo de la compuerta Y1. Se repite el procedimiento al menos 4 veces.La segunda parte: Q constante, Variacin de Yo.
Se repite todo el procedimiento anterior pero esta vez estar constante el caudal y estar variando el Yo. Se abre el control de flujo del banco hidrulico y se mide el caudal presentado. Se mide una altura o abertura de la compuerta en 0,005. Se espera hasta que el flujo se estabilice y se registran los valores de Yo e Y1. Para finalizar se incrementa la abertura de la compuerta en 0,005 y se repite el procedimiento al menos 4 veces. 5. CLCULO Y RESULTADOS
Altura constante
DATOS
YgY0Y1QB
0,0050,120,00350,00051810,075
0,010,120,0070,00086080,075
0,0150,120,0130,0013690,075
0,020,0920,0150,001440,075
CALCULOS
A0A1V0V1CdH0H1
0,0090,00026250,0575666671,9737142860,9004139190,12067562119,11116334
0,0090,0005250,0956444441,6396190480,7479987470,12186500713,1933598
0,0090,0009750,1521111111,4041025640,7930686840,1247171859,683227172
0,00690,0011250,2086956521,280,7145420930,1008794858,051352
Q: Caudal (m3/s)Cd: Coeficiente de descarga (adimensional)B: Base del canal (m)Yg: Abertura de la compuerta (m)g: Gravedad (m/s2)Yo: Profundidad del flujo aguas arriba
Caudal constante
DATOS
YgY0Y1QB
0,0050,160,0040,0006650,075
0,010,0670,00750,0006650,075
0,0150,030,0120,0006650,075
0,020,0320,0260,0006650,075
0,0250,0210,0260,0006650,075
CALCULOS
A0A1V0V1CdH0H1
0,0120,00030,055416672,216666671,00087740,160626124,1052625
0,0050250,00056250,132338311,182222220,773345350,070570536,86297022
0,002250,00090,295555560,738888890,770475780,047808992,68991806
0,00240,001950,277083330,341025640,559507480,047652430,59644408
0,0015750,001950,422222220,341025640,552536820,057344870,59644408
Q: Caudal (m3/s)Cd: Coeficiente de descarga (adimensional)B: Base del canal (m)Yg: Abertura de la compuerta (m)g: Gravedad (m/s2)Yo: Profundidad del flujo aguas arriba
DATOS TOMADOS POR GRUPO 3
Altura constante
DATOS
YgY0Y1QB
0,0050,090,0070,000400940,075
0,010,090,010,000828120,075
0,0150,090,0150,001126410,075
0,020,090,0170,001273950,075
Clculos del caudal
CAUDAL PARA Yg=0,005
T112,10,0050,00041322
T212,60,0050,00039683
T312,730,0050,00039277
T PROM12,47666670,0050,00040094
CAUDAL PARA Yg=0,01
T16,420,0050,00077882
T25,320,0050,00093985
T36,530,0050,0007657
T PROM6,090,0050,00082812
CAUDAL PARA Yg=0,015
T14,810,0050,0010395
T24,440,0050,00112613
T34,120,0050,00121359
T PROM4,456666670,0050,00112641
CAUDAL PARA Yg=0,02
T14,010,0050,00124688
T23,810,0050,00131234
T33,960,0050,00126263
T PROM3,926666670,0050,00127395
CALCULOS
A0A1V0V1CdH0H1
0,006750,0005250,059398590,76369620,804596070,090719312,8677524
0,006750,000750,122684571,104161160,830924780,09306865,990038
0,006750,0011250,166875031,001250190,753480220,095677324,93227205
0,006750,0012750,188733090,999175170,639130880,097262014,91391173
Caudal constante
DATOS
YgY0Y1QB
0,0050,0950,0070,0003570,075
0,010,0380,010,0003570,075
0,0150,0230,0190,0003570,075
0,020,020,020,0003570,075
Clculos del caudal
CAUDAL
T113,280,0050,00037651
T212,310,0050,00040617
T314,270,0050,00035039
T416,160,0050,00030941
T PROM14,0050,0050,00035702
CALCULOS
A0A1V0V1CdH0H1
0,0071250,0005250,050105260,680,69730960,095511832,275072
0,002850,000750,125263160,4760,551271640,041198951,12135528
0,0017250,0014250,206956520,250526320,472391720,031732110,32685465
0,00150,00150,2380,2380,379937760,031548220,29783882
6. ANALISIS DE RESULTADOS
Por medio de las grficas podemos relacionar algunas variables que dependen de otras y observar mejor el comportamiento de un flujo para ello dividimos la experiencia en dos partes: una con la altura inicial constante y otra con un caudal constante, en ambas variando la altura de la compuerta, en cada una de las partes hemos relacionado grficamente algunas variables.En la primera parte se relacion: Coeficiente de descarga y caudal: estas variables se relacionan de forma directa debido a mayor caudal, mayor coeficiente de descarga y en este caso el caudal es la variable independiente ya que nosotros lo determinamos segn las condiciones con las que queremos trabajar y el coeficiente de descarga vara dependiendo de dicho caudal.
Caudal y altura de la compuerta: estas variables se relacionan directamente debido a que el caudal depende de la altura de la compuerta y si la altura de la compuerta vara, variara entonces el caudal para mantener el rea inicial como una constante
Energa inicial y energa final: es una relacin directa, que se ve relacionada de igual forma con las velocidades y las alturas, y encuentran un punto de equilibrio dependiendo de la altura de la compuerta
En la segunda parte se relacion:
Coeficiente de descarga y altura inicial: es una relacin directamente proporcional en la que el coeficiente de descarga depende directamente de la altura a la que se encuentre el fluido antes de la compuerta.
Coeficiente de descarga y altura de la compuerta: grficamente podemos observar que a medida que aumenta la altura de la compuerta as mismo variara el coeficiente de descarga y este disminuir debido a que la velocidad disminuir a mayor altura de la compuerta.
Altura inicial y altura de la compuerta: como en este caso se trabaja con un caudal constante, la altura de la compuerta influye directamente sobre la altura inicial, as entre menor sea la altura de la compuerta mayor ser la altura inicial y si con el caudal constate se aumenta la altura de la compuerta, inmediatamente la altura antes de esta disminuir hasta llegar a un punto donde la altura inicial y la y la tura final sean las mismas.
Energa inicial y energa final: en la grfica se puede observar que la energa final y la inicial van disminuyendo a medida que la compuerta va ganando altura, y que la compuerta hace que el fluido adquiera ms velocidad y a medida que aumenta la altura as las energas se van equilibrando.
Tambin podemos relacionar los efectos de que tienen Yo (cuando Q es constante) y Q (cuando Yo es constante) y podemos observar que cuando Yo es constante es ms el coeficiente de descarga ya que el caudal tiene que aumentar a medida que se aumenta la altura de la compuerta por lo tanto es ms fcil trabajar con un caudal constante y variar la altura de la compuerta hasta que el coeficiente de descarga sea mnimo y por lo tanto las perdidas por friccin tambin lo sean adicionalmente a eso podemos igualmente comparar los valores que tiene H1 y Ho, cuando tenemos una altura constante observamos que la energa inicial tiene una variacin mnima debido a que su velocidad es muy pequea, por el contrario la energa final es mucho mayor debido a su velocidad la cual va disminuyendo a medida que la altura de la compuerta se hace mayor, por otra parte, cuando tenemos un caudal constante encontramos una variacin mucho mayor a media que la compuerta aumenta su abertura, y esto es debido a que la cantidad de fluido es la misma siempre, en consecuencia es mucho ms fcil controlar la energa final cuando el caudal en constante que cuando la altura es constante.
7. CONCLUSIONES
Para finalizar, podemos resaltar la utilidad de una compuerta en algn sistema hdrico y como esta influye en el comportamiento de un flujo, como por ejemplo es control de la velocidad la cual es fundamental controlarla, no solo por seguridad sino para controlar la friccin con la canal o la tubera y en consecuencia las perdidas por friccin, en la prctica tuvimos dos situaciones totalmente diferentes y en ambas la compuerta era el factor fundamental en el comportamiento del fluido por lo cual podemos concluir que dependiendo de la situacin y de cmo queremos que se comporte un fluido as podremos ubicar una compuerta y manipularla de tal forma que el fluido tenga el comportamiento que es requerido.
8. BIBLIOGRAFIA
Fundamentos para las prcticas de Laboratorio de Hidrulica. Flujo a travs de compuertas. R. Marbello Prez.Tomo N8. [1] Documento en lnea consultado el 22 de abril de 2015 a las 3:00 pm. Disponible en: http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/flujo_compuertas/flujo_compuertas.html
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