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Informe N°1
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UNIVERSIDAD RICARDO PLAMA
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA CIVIL
LABORATORIO N°1
CATEDRATICO
Ing. Mogrovejo Gutiérrez, Rubén
ALUMNOS
Cornejo Valencia, Evelyn
Contreras Lavado, Vanessa
Rios Alarcon, Ana
Cisneros Grandez, Oscar
Tanta Arcos. Fredy
SEPTIEMBRE 2015
ContenidoINTRODUCCIÓN.......................................................................................................................3
OBJETIVO.................................................................................................................................3
MARCO TEORICO...................................................................................................................3
Número de Reynolds..........................................................................................................3
Número de Froude para canales abiertos.....................................................................4
La ecuación de Manning....................................................................................................4
PROCEDIMIENTO....................................................................................................................6
Ensayo N°1............................................................................................................................6
Ensayo N°2............................................................................................................................7
Cálculo y resultado....................................................................................................................8
Ensayo N°1.....................................................................................................................8
Velocidad....................................................................................................................8
Caudal.........................................................................................................................8
Manning.....................................................................................................................8
Velocidad....................................................................................................................9
Reynolds....................................................................................................................9
Número de Froude..................................................................................................10
Ensayo N°2...................................................................................................................10
Velocidad media......................................................................................................10
Caudal.......................................................................................................................10
Manning...................................................................................................................10
Velocidad..................................................................................................................11
Número de Reynolds..............................................................................................11
Número de Froude..................................................................................................11
Ensayo con apoyo del HEC-RAS..........................................................................................12
Calibración................................................................................................................................15
Conclusiones............................................................................................................................17
Referencia Bibliográfica..........................................................................................................17
INTRODUCCIÓNEl flujo en canales abiertos puede clasificarse en los siguientes cuatro tipos de
regímenes: laminar-subcrítico, turbulento -subcrítico, laminar-supercrítico y
turbulento-supercrítico. Los números empleados para realizar dicha
clasificación son: en número de Reynolds y el número de Froude.
OBJETIVO
El objetivo de este ensayo realizado en el laboratorio de Hidráulica de la
Universidad Ricardo Palma, es determinar parámetros cinemáticos.
Obtener datos por modelación conceptual y numérica, para la definición
de sus componentes geométricos, cinemáticos y dinámicos.
MARCO TEORICO
Número de Reynolds
El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y
dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en
numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación
adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el
flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento
(número de Reynolds grande).
Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número
de Reynolds viene dado por:
Donde:
: Densidad del fluido
: Velocidad característica del fluido
: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud
característica del sistema
: Viscosidad dinámica del fluido
: Viscosidad cinemática del fluido
Número de Froude para canales abiertos
El número de Froude en canales abiertos nos informa del estado del flujo
hidráulico. El número de Froude en un canal se define como:
Siendo:
=velocidad media de la sección del canal [m/s]
=Profundidad hidráulica ( ) [m]. Siendo Al área de la sección
transversal del flujo y T el ancho de la lámina libre.
= aceleración de la gravedad [m/s²]
En el caso de que:
Sea el régimen del flujo será supercrítico
Sea el régimen del flujo será crítico
Sea el régimen del flujo será subcrítico
La ecuación de Manning
Es una ecuación obtenida del resultado de un proceso de ajustes de curvas de
observación experimental y de campo, por lo tanto es completamente empírica
por su génesis. La ecuación tiene la desventaja de su dimensional dad que no
es homogénea; su expresión es la siguiente:
Donde:
= Área mojada (área de la sección del flujo de agua), en m2,
función del tirante hidráulico h
= Perímetro mojado, en m, función del tirante hidráulico h
= Un parámetro que depende de la rugosidad de la pared, su valor
varía entre 0,01 para paredes muy pulidas (p.e., plástico) y 0,06 para
ríos con fondo muy irregular y con vegetación.
= Velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante
hidráulico h
= Caudal del agua en m3/s, en función del tirante hidráulico h
= la pendiente de la línea de agua en m/m
PROCEDIMIENTO
El ensayo se realizo en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad Ricardo Palma.
Dato tomados en el laboratorio
Ensayo N°1
TiranteDistancia (cm)
Y6 11Y5 11.5Y4 6Y3 5.6Y2 2.5
Tiempo (s)
Distancia (m)
1.23 1.141.22 1.14
1.23 1.141.23 1.14
Ensayo N°2
TiranteDistancia (cm)
Y6 4.4Y5 4.8Y4 2.8Y3 2.6Y2 0.6
Tiempo (s)Distancia (m)
1.69 1.141.81 1.141.68 1.141.72 1.14
Cálculo y resultado
Luego de haber tomado los datos en el laboratorio, procedemos a calcular los parámetros cinemáticos de los dos ensayos.
Ensayo N°1
Velocidad.
Tiempo (s)
Distancia (m)
Velocidad (m/s)
1.23 1.14 0.9271.22 1.14 0.9341.23 1.14 0.9271.23 1.14 0.927
Promedio 0.929Velocidad media 0.836
Base AlturaCaudal (m3/s)
0.3 0.08 0.0201
Caudal.
Base AlturaCaudal (m3/s)
0.3 0.08 0.0201
Manning.
Q=
1n∗AH
53
PH23
∗S12
Secciones
Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n
Y6 0.11 0.033 0.52 0.01310.0298969
8
Y5 0.115 0.0115 0.33 0.01310.0069865
1Y4 0.06 0.006 0.22 0.0131 0.0030955
9
Y3 0.056 0.0056 0.212 0.01310.0028283
2Y2 0.025 0.0075 0.35 0.0131 0.0032948
Velocidad.
V=
1n∗AH
23
PH23
∗S12
Secciones
Tirantes(m)
Ah(m2) Ph(m) S n
V m/s
Y6 0.110.03
3 0.520.01
31
0.0298969
8
0.6090909
1
Y50.11
50.01
15 0.330.01
31
0.0069865
1
1.7478260
9
Y4 0.060.00
6 0.220.01
31
0.0030955
9 3.35
Y30.05
60.00
56 0.2120.01
31
0.0028283
2
3.5892857
1
Y20.02
50.00
75 0.350.01
310.0032948 2.68
Reynolds.
De la tabla mostrada la viscosidad cinemática a una temperatura de 20 °C es de 1.007x10-6 m2/s
Secci Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n V m/s Reynolds Flujo
Y6 0.11 0.033 0.520.013
1 0.029896980.6090909
138385.150
1 Turbulento
Y5 0.115 0.0115 0.330.013
1 0.006986511.7478260
960485.691
1 Turbulento
Y4 0.06 0.006 0.220.013
1 0.00309559 3.3590728.536
6 Turbulento
Y3 0.056 0.0056 0.2120.013
1 0.002828323.5892857
1 94152.255 Turbulento
Y2 0.025 0.0075 0.350.013
1 0.0032948 2.6857029.365
9 Turbulento
Número de Froude.
FR=V
√ g DH; DH=Profundidad hidráulica
Secciones
Tirantes(m) V m/s Freude
Y6 0.110.6090909
10.58634236
1 Subcrítico
Y5 0.1151.7478260
91.64556405
9Supercrítico
Y4 0.06 3.354.36651220
2Supercrítico
Y3 0.0563.5892857
14.84261020
9Supercrítico
Y2 0.025 2.685.41165729
3Supercrítico
Ensayo N°2
Velocidad media.
Tiempo (s)Distancia (m)
Velocidad (m/s)
1.69 1.14 0.6751.81 1.14 0.6301.68 1.14 0.6791.72 1.14 0.663
Promedio 0.661Velocidad media 0.595
Caudal.
Base Altura Caudal (m3/s)0.3 0.015 0.0027
Manning.
Secciones
Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n
Y6 0.11 0.033 0.52 0.01310.2225663
8
Y5 0.115 0.0115 0.33 0.01310.0520106
6
Y4 0.06 0.006 0.22 0.01310.0230449
4Y3 0.056 0.0056 0.212 0.0131 0.0210553
Y2 0.025 0.0075 0.35 0.01310.0245279
9
Velocidad.
Secciones
Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n V m/s
Y6 0.11 0.033 0.52 0.01310.2225663
80.0818181
8
Y5 0.115 0.0115 0.33 0.01310.0520106
60.2347826
1
Y4 0.06 0.006 0.22 0.01310.0230449
4 0.45
Y3 0.056 0.0056 0.212 0.0131 0.02105530.4821428
6
Y2 0.025 0.0075 0.35 0.01310.0245279
9 0.36
Número de Reynolds.
Seccio Tirantes(m) Ah(m2)Ph(m) S n V m/s Reynolds Flujo
Y6 0.11 0.033 0.52 0.0131 0.222566380.0818181
8 5156.21419 Turbulento
Y5 0.115 0.0115 0.33 0.0131 0.052010660.2347826
1 8124.94358 TurbulentoY4 0.06 0.006 0.22 0.0131 0.02304494 0.45 12187.4154 Turbulento
Y3 0.056 0.0056 0.212 0.0131 0.02105530.4821428
6 12647.3178 TurbulentoY2 0.025 0.0075 0.35 0.0131 0.02452799 0.36 7660.66109 Turbulento
Número de Froude.
Secciones
Tirantes(m) V m/s Freude
Y6 0.110.0818181
80.07876240
7Subcrítico
Y5 0.1150.2347826
10.22104591
8Subcrítico
Y4 0.06 0.450.58654641
5Subcrítico
Y3 0.0560.4821428
60.65049987
9Subcrítico
Y2 0.025 0.360.72693903
9Subcrítico
Ensayo con apoyo del HEC-RAS Creamos un proyecto con el nombre de Laboratorio N°1
Definimos la geometría
Definimos las secciones.
Calibración Ensayo N° 1
SecciónTirante HEC-
RAS(m)
Tirante experimental
(m)Y6 0.16 0.11Y5 0.16 0.115Y4 0.16 0.06Y3 0.14 0.056Y2 0.13 0.025
0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15 0.155 0.16 0.1650
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
f(x) = 2.2375 x − 0.262425R² = 0.679433568568908
Ensayo N°2
SecciónTirante HEC-
RAS(m)
Tirante experimental
(m)Y6 0.03 0.044Y5 0.03 0.048Y4 0.02 0.028Y3 0.02 0.026Y2 0.01 0.006
0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.0350
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
f(x) = 1.98571428571429 x − 0.0132857142857143R² = 0.990008198401312
Conclusiones
En el ensayo N° 1 no coincide en los dos modelos, esto a consecuencia de las malas mediciones realizadas en laboratorio.
En el ensayo N° 2 se puede mejorar el modelo de HEC-RAS modificando el coeficiente de Manning.
Los valores del número de Froude son menores y mayores que uno (F<1) (F>1), por tanto corresponde al tipo de flujo subcrítico y supercrítico.
Se determinó las secciones del canal para cada tramo, observando que mediante el modelo HEC RAS, resulta también un flujo subcrítico y supercrítico.
Referencia Bibliográfica
VEN TE CHOW (1994). Hidráulica de canales abiertos.1ra. Edición. Editorial McGRAW – HILL – Colombia.
MATAIX, Claudio (1982). Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas - 2da Edición. Editorial HARLA S.A. – México.
VILLON BEJAR, Máximo (2007). Hidráulica de canales - 2da Edición. Editorial VILLON.