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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD VICTORIA
HIDRAULICA DE CANALES
ING. CYNTHIA ALEJANDRA RUEDA CONTRERAS
REPORTE DE PRÁCTICAS
EQUIPO 4
CHARLES SALINAS LUIS ENRIQUE 10380026
DAVILA LUCIO EDUARDO ALEJANDRO 10380034
LOPEZ IBARRA DELMAR JOSIMAR 10380078
MANZANO RUIZ FRANCISCO JAVIER 10380082
SALAS PEREZ JOSE MIGUEL 10380141
03 de Junio de 2013
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CONTENIDO.
PRACTICA 1: CALCULO DEL NUMERO DE REYNOLDS
PRACTICA 2: CALCULO DEL NUMERO DE FROUDE
VERTEDOR CIMACIO
PARED DELGADA
PARED GRUESA
PRACTICA 3: PERDIDA DE ENERGIA EN UNA SECCION
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OBJETIVO
Relacionar la velocidad y las propiedades físicas de un fluido, así como la Geometría del ducto por el que fluye con los diversos patrones de flujo.
El objetivo al realizar esta práctica es conocer el comportamiento que se da a un
flujo a través del canal y mediante los cálculos conocer de que tipo es como lo
puede ser :
Laminar
Transicional
Turbulento
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FUNDAMENTOS TEORICOS
El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño
de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. Este
número recibe su nombre en honor de Osborne Reynolds (1842-1912), quien lo describió
en 1883.
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).
Dónde:
V= velocidad media del flujo, en m/s L= longitud característica, en m
=viscosidad cinemática del agua, en m2/s
El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de
viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales suelen ser turbulentos. El número de
Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en qué
condiciones el flujo será laminar o turbulento.
Se conoce como flujo turbulento al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en
que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se
encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos,(no coordinados) como por ejemplo el
agua en un canal de gran pendiente.
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MATERIAL Y EQUIPOS A UTILIZARSE.
1.- Canal Hidráulico: Es el principal equipo a utilizarse ya que en él se realizara la práctica,
consta de una base interior de 2cm, cuenta con un tanque que se llena con agua, válvula
reguladora, botón de encendido.
2.- Agua: De vital importancia en la práctica ya que con ella se determina el tipo de flujo esto
con ayuda de la válvula reguladora de velocidad., se necesitan 8 garrafones de este tipo.
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3.- Tinta: Se tiene en un recipiente de aproximadamente un litro y esta se vierte en el inyector
de tintas.
4.- Franela: Su función es la de contener el liquido al momento de que se está regulando la
velocidad tiene unas dimensiones aproximadas de 30 x 40 cm
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5.- Jarra de plástico graduada de 2lt: Sirve como medida estándar de volumen en la práctica
6.- Regla: Se utilizó una de metal para con ella medir la altura que tendría cada tirante
utilizado
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7.- Cronometro: Con la ayuda del cronometro podemos contar en cuanto tiempo tarda en
llenarse la jarra de 2lts y así poder calcular el gasto.
8- Calculadora: Se utiliza para realizar las operaciones de los cálculos, de preferencia se
recomienda usar calculadora científica.
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9.- Lápiz: Indispensable para anotar todos los datos a utilizar en el cálculo del flujo, se emplea
un lápiz para facilitar el trabajo si llegamos a equivocarnos al tomar una lectura.
10- Inyector de tinta: Cuando se regula la velocidad inmediatamente se abre el inyector de
tinta, que nos ayudara a observar que tipo de flujo es el que estamos tratando.
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11- Cuaderno: Para llevar un orden de todos los datos que se necesiten tomar para la
realización de la practica desde formulas empleadas hasta resultados.
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PROCEDIMIENTO
Para empezar la realización de la práctica se reciben las indicaciones de la maestra así
como nos explica la finalidad con la que se realiza la práctica.
Se omite el procedimiento de llenado de tanque de canal ya que equipos anteriores lo
habían realizado y se utiliza la misma agua.
A continuación se vierte un poco de tinta al inyector que después por medio de agujas
soltara la tinta sobre el canal.
Se procede a encender el canal teniendo como precaución regular la velocidad del agua
por medio de la válvula reguladora.
Se coloca la franela al final del canal para evitar que el agua se tire fuera del canal.
Teniendo regulada la velocidad se procede a abrir el inyector de tinta para que esta
salga sobre el fluido y observar que tipo de flujo vamos a medir.
Después de identificado el tipo de flujo se procede a realizar el tirante de cada uno de
ellos.
La velocidad la calculamos con la ayuda de la jarra de plástico y mediante un
cronometro para poder obtener el gasto. Este paso se realiza 10 veces.
Teniendo todos los datos necesarios se procede a la realización del cálculo usando la
fórmula del número de Reynolds.
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DATOS, CALCULOS, TABLAS Y GRAFICAS
FLUJO LAMINAR.
Repetición Volumen / lts Tiempo (Seg) Q = lts /seg
1 2lt 33.97 0.058875478
2 2lt 33.45 0.059740732
3 2lt 34.10 0.058651026
4 2lt 33.51 0.059683676
5 2lt 33.72 0.059311981
6 2lt 34.11 0.058633831
7 2lt 34.30 0.058309037
8 2lt 34.22 0.058445353
9 2lt 34.50 0.057971014
10 2lt 34.45 0.058055112
34.033 0.058772728
Datos. Área:
B= 0.02m A= Bd = (0.02) (0.095) = 0.0019m2
d= 0.095m Velocidad
Q= 0.000058772728m3/s V = Q/A = (0.000058772728) / (0.0019) = 0.031
Perímetro
P= B + 2d = (0.02) + 2(0.095) = 0.21m
Radio
R=A/P= (0.0019)/(0.21) =0.009047619048
= 1121.904762
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FLUJO TURBULENTO.
Repetición Volumen / lts Tiempo (seg) Q = lts /seg
1 2lt 5.87 0.340715502
2 2lt 5.46 0.366300366
3 2lt 5.42 0.36900369
4 2lt 5.20 0.384615384
5 2lt 5.27 0.379506641
6 2lt 5.42 0.36900369
7 2lt 5.24 0.381679389
8 2lt 5.54 0.36101083
9 2lt 5.30 0.37735849
10 2lt 5.33 0.375234521
5.402 0.37044285
Datos. Área:
B= 0.02m A= Bd = (0.02) (0.098) = 0.00196m2
d= 0.098m Velocidad
Q= 0.00037044285m3/s V = Q/A = (0.00037044285) / (0.00196) = 0.189
Perímetro
P= B + 2d = (0.02) + 2(0.098) = 0.216m
Radio
R= A/P = (0.00196)/(0.216) =0.009074074074
= 6860
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Después de haber concluido la práctica llegamos a resultados satisfactorios ya que al
momento de realizar los cálculos el flujo que se obtiene experimentalmente es el
esperado.
Una conclusión importante es la observación que se hace cuando al aumentar la velocidad
del canal el flujo pasa de ser de tipo laminar a tipo turbulento.
El número de Reynolds es quizás el más utilizado y al realizar esta práctica nos damos
cuenta que es fundamental entenderlo.
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BIBLIOGRAFIA
Hidráulica II
Rodríguez Ruiz Pedro
Hidráulica
Trueba Coronel
Mecánica de fluidos,
Merle C. Potter, David C. Wiggert
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Fundamentos.pdf
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OBJETIVO
Se plantea como principal objetivo el conocer los estados del flujo en canales abiertos. El
agua circula en canales de tipo abiertos es de gran utilidad para las personas. En esta
práctica se presentarán varias formas para la medición del gasto en un canal abierto
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FUNDAMENTOS TEORICOS
El número de Froude (Fr) es un número adimensional que relaciona el efecto de las fuerzas de
inercia y las fuerzas de gravedad que actúan sobre un fluido. Debe su nombre al ingeniero
hidrodinámico y arquitecto naval inglés William Froude (1810 - 1879). De esta forma el número
de Froude se puede escribir como
Matemáticamente, el número de Froude es:
Como es posible observar, en el numerador de la expresión anterior se toman en cuenta el
efecto de las fuerzas inerciales y, en el denominador, el efecto causado por las fuerzas
gravitacionales. A medida que aumenta el número de Froude, mayor es la reacción inercial, si
disminuye, entonces es mayor el efecto de la fuerza gravitacional. ¿Qué sucede cuando el flujo
es horizontal? De manera general, para caracterizar el flujo con este parámetro tenemos:
Fr<1.0 flujo subcrítico
Fr=1.0 flujo crítico
Fr>1.0 flujo supercrítico
Además de los parámetros presentados líneas arriba, un flujo puede clasificarse en permanente
o no permanente; uniforme o no uniforme; unidimensional, bidimensional o tridimensional;
rotacional o irrotacional, etc.
Un flujo se considera permanente cuando en un punto dado sus características hidráulicas
(velocidad, altura del tirante, entre otros) no varían con el tiempo, es decir, se mantienen
siempre constantes, en caso contrario el flujo se considera no permanente.
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MATERIAL Y EQUIPOS A UTILIZARSE.
1.- Canal Hidráulico Grande: Aquí se realizara la práctica usando los tipos de pared que
se requieren
2.- Agua: Llenar el tanque del canal para poder realizar la práctica.
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3.- Regla: Se utilizó una de metal para con ella medir la altura que tendría cada tirante
utilizado
4.- Cimacio
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7.- Lápiz Indispensable para anotar todos los datos a utilizar en el cálculo del flujo, se
emplea un lápiz para facilitar el trabajo si llegamos a equivocarnos al tomar una lectura.
8.- Calculadora Se utiliza para realizar las operaciones de los cálculos, de preferencia se
recomienda usar calculadora científica.
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9.- Cuaderno: Para llevar un orden de todos los datos que se necesiten tomar para la
realización de la practica desde formulas empleadas hasta resultados.
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PROCEDIMIENTO
Procedemos a encender el canal
Se calcula el gasto, esto se realiza bajando la palanca del canal y esperando que se
vote al momento de acumularse los 15 litros que soporta, se toman los datos y se repite el
paso 5 veces.
Colocamos primeramente el vertedor de cimacio en el canal.
Se realiza un movimiento en la compuerta para conseguir el flujo adecuado evitando que
el salto se ahogue, si esto llega a suceder se repite el movimiento de la compuerta hasta
que el salto quede libre.
Se toma la medida de los tirantes
Se realizan los mismos pasos anteriores pero ahora poniendo dentro del canal la pared
gruesa.
Después de terminar con la pared delgada se procede a realizar lo mismo con la pared
delgada.
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DATOS, CALCULOS, TABLAS Y GRAFICAS
CIMACIO
B= 7.5
Q= 0.001306 m3/s
Dn= 9.3cm
D1 = 1.5cm
D2= 5.2cm
An = Bd = (7.5) (9.3) = 69.75cm2 = 0.006975m2
Vn= Q/A = 0.001306 m3/s 0.006975m2 = 0.19m/s
√
A1 = Bd = (7.5) (1.5) = 11.25cm2 = 0.001125m2
V1= Q/A = 0.001306 m3/s 0.001125m2 = 1.16m/s
√
A2 = Bd = (7.5) (5.2) = 39cm2 = 0.0039m2
V2= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0039m2 = 0.33m/s
√
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PARED GRUESA
B= 7.5
Q= 0.001306 m3/s
Dn= 6cm
D1 = 1.2cm
D2= 4cm
An = Bd = (7.5) (6) = 45cm2 = 0.0045m2
Vn= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0045m2 = 0.29m/s
√
A1 = Bd = (7.5) (1.2) = 9cm2 = 0.0009m2
V1= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0009m2 = 1.45m/s
√
A2 = Bd = (7.5) (4) = 30cm2 = 0.0030m2
V2= Q/A = 0.001306 m3/s 0.0030m2 = 0.435m/s
√
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PARED DELGADA
B= 7.5
Q= 0.001306 m3/s
Dn= 7.9cm
D1 = 1.4cm
D2= 4.3cm
An = Bd = (7.5) (7.9) = 59.25cm2 = 0.005925m2
Vn= Q/A = 0.001306 m3/s 0.005925m2 = 0.22m/s
√
A1 = Bd = (7.5) (1.4) = 10.5cm2 = 0.00105m2
V1= Q/A = 0.001306 m3/s 0.00105m2 = 1.24m/s
√
A2 = Bd = (7.5) (4.3) = 32.25cm2 = 0.003225m2
V2= Q/A = 0.001306 m3/s 0.003225m2 = 0.40m/s
√
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Cuando cierto tipo de flujo cambia de su estado subcrítico a uno supercrítico se presenta
una transición en la superficie libre del agua, como la que sucede en un vertedor, sin embargo, en el momento que hay un cambio de flujo supercrítico a subcrítico ocurre un Salto Hidráulico. Este fenómeno hidráulico se reconoce porque existe una sobreelevación brusca del tirante con una gran agitación en el flujo.
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BIBLIOGRAFIA
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Fundamentos.pdf
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OBJETIVO
Obtener el cálculo de la perdida de energía en una sección a escala con su respectivo
vertedor y conocer en que afecta está perdida de energía. Saber expresar las tres
formas de energía según la ecuación de Bernoulli
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FUNDAMENTOS TEORICOS
Se conoce como salto hidráulico a la elevación brusca de la superficie critica cuando el
escurrimiento permanente pasa del régimen crítico al súper crítico y de este al subcrítico, este
cambio brusco de régimen se caracteriza por una turbulencia que implica la aparición de
velocidades en dirección opuesta al flujo que propicia choques en forma más o menos caótica,
ocasionando una gran cantidad de energía.
Pérdida de energía:
d2= tirante conjugado mayor o altura del salto, en m.
d1= tirante conjugado menor, en m.
= energía especifica en la sección 1, en m.
= energía especifica en la sección 2, en m.
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MATERIAL Y EQUIPOS A UTILIZARSE.
1.- Canal Pequeño
2.-Vertedor: tiene la función de crear el salto y así poder empezar a medir los tirantes
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3.-Desarmador: Nos ayuda a poner el vertedor sobre el canal
4.-Regla: Se necesita para medir el tirante, puede ser metálica, plástica o de madera.
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5.-Jarra graduada de 2lt: sirve como medida estándar del volumen del líquido
6.-Cronometro: Con el medimos el tiempo que tarda en llenarse la jarra.
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PROCEDIMIENTO
Reconocimiento del equipo, en este caso la práctica se realiza con el canal pequeño.
Poner en funcionamiento el canal y se coloca un vertedor a escala utilizando un
desarmador para fijarlo.
Variar la velocidad de agua con la válvula.
Para el cálculo del caudal (Q) (Tomar cinco tiempos y se utiliza el mismo volumen de 2L,
sacar promedios).
Se recopilan los datos y se aplican las fórmulas para sacar gasto (Q) energía especifica
(E) y la pérdida de energía por fricción (HF)
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DATOS, CALCULOS, TABLAS Y GRAFICAS
Volumen (lts) Tiempo (Seg) Q (m3/seg)
2lt 14.41 0.000139
2lt 14.73 0.000136
2lt 15.12 0.000132
2lt 14.53 0.000137
2lt 15.02 0.000133
14.76 0.000134
OPERACIONES
DN – 0.0760m
D1- 0.010m
A= Bd = (0.02) (0.0100) =0.0002m2
M/s
D2- 0.0270m
A= Bd = (0.02) (0.0270) =0.00054m2
M/s
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D (m) A(m2) V (m/s) V2 / 2g E (m)
0.010 0.0002 0.67 0.2287714 0.032879714
0.020 0.0004 0.335 0.00571992864 0.025719928
0.027 0.00054 0.248148148 0.003138506797 0.030138506
0.030 0.00060 0.223333333 0.002542190501 0.03254219
0.040 0.00080 0.1675 0.001429982161 0.041429982
0.050 0.0010 0.134 0.0009151885831 0.050915188
0.060 0.0012 0.111666666 0.0006355476195 0.06063554762
0.070 0.0014 0.095714285 0.0004669329436 0.0704669329436
0.076 0.00152 0.088157894 0.0003961169355 0.0763961169355
0.080 0.0016 0.08375 0.0003574955403 0.0803574955403
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Analizando los resultados de las pérdidas de carga generadas por la fricción se concluye que
al aumentar el caudal, las pérdidas se hacen mayores, estableciéndose una relación
directamente proporcional.
En el diseño de conductos abiertos como son los canales es importante definir la energía
específica que presenta el flujo en una determinada sección, ya que esto nos permite definir la
capacidad para desarrollar un trabajo
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BIBLIOGRAFIA
HIDRAULICA II, RODRIGUEZ RUIZ PEDRO
http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/Fundamentos.pdf
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