FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS

FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS

1.0        INTRODUCCION

Se presenta la función fuerza específica en flujo libre en canales de sección generalizada, se estudian sus características principales, un criterio de flujo crítico y su conversión a función adimensional o reducida.

2.0        OBJETIVO

        La práctica de laboratorio tiene como objetivo obtener la curva tirante versus fuerza específica (“y = h” versus “M” ) para el caso de un flujo en un canal rectangular.

3.0        BREVE PRINCIPIO TEORICO

La sumatoria de la cantidad de movimiento en una sección del escurrimiento y la fuerza externa hidrostática producida sobre la misma, dividida por el peso específico, se denomina fuerza específica, y se simboliza por “M”. Así:

[pic 1]

Cada uno de los miembros de la ecuación general del resalto hidráulico se compone de dos términos: el primero representa la cantidad de movimiento del flujo que atraviesa la sección del canal en la unidad de tiempo y por unidad de peso de agua; el segundo, el empuje hidrostático por unidad de peso y también el momento estático del área respecto de la superficie libre. Debido a que ambos términos tienen las mismas dimensiones de una fuerza por unidad de peso, se le conoce como fuerza específica, y su fórmula general se la expresa como:[pic 2]

La fuerza específica para el tramo puede escribirse:[pic 3]

Lo cual significa que la fuerza específica es constante en cada sección, siempre y cuando las fuerzas de resistencia externa así como el peso del fluido en la dirección del movimiento, en el tramo puedan despreciarse.

Para un caudal dado Q, la fuerza específica es únicamente función del tirante, de manera similar la energía específica. Su representación geométrica en un plano F-y consiste en una curva similar a la que se obtiene en el plano E-y, con la única diferencia que tiene asíntota exclusivamente en la rama inferior, correspondiente a y = 0. La rama superior se eleva y extiende indefinidamente a la derecha. Asimismo, para un valor dado de la función F, la curva tiene dos posibles tirantes y1, y2 que reciben el nombre de tirantes conjugados, y que, de acuerdo con la ecuación 5-26, corresponden a los tirantes antes y después del resalto, excepto cuando F es mínima al cual le corresponde un único valor del tirante, llamado tirante crítico.

La figura siguiente muestra las curvas de la fuerza específica y energía específica para un resalto hidráulico.

[pic 4]

4.0        EQUIPOS DE TRABAJO

•Canal de pendiente variable y/o modelo hidráulico

[pic 5]

[pic 6]

                 (Fuente: Laboratorio de Hidráulica)

       •Cronómetro:

[pic 7][pic 8]

     (Fuente: Laboratorio de Hidráulica)

          •Bolitas de Tecnopor:                                                    

[pic 9][pic 10]

                      (Fuente: Laboratorio de Hidráulica

         •Wincha:

[pic 11][pic 12]

                    (Fuente: Laboratorio de Hidráulica)

5.0        PROCEDIMIENTO

• Establecer un flujo a través del canal y registrar el valor de la descarga o el caudal que pasa. Esta descarga o el caudal se mantendrá constante durante toda la práctica.
• Registrar el valor de la pendiente del fondo del canal.
• Seleccionar una sección de ensayo y medir el tirante.
• Repetir los pasos anteriores hasta al menos cinco veces más, variando cada vez la pendiente del canal.

6.0        DATOS Y SU PRESENTACION

Tabla N° 1

         Registro de información del Laboratorio “FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS”

Tabla N° 2

         Registro de información del Laboratorio “FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS”

7.0        CALCULOS Y PRESENTACION DE RESULTADOS

7.1 CALCULOS

1. Se halla la velocidad superficial (Vs=L/tprom) , el área ( A=b*y )el caudal ( Q=Vm*A ) , el caudal unitario (q=Q/b)

Entonces obtuvimos:

Ensayo N°1:

• Vs = 3/1.8 = 1.667 m/s
• A = 0.3*0.067 = 0.0201 m2
• Q = 1.667*0.0201= 0.0335 m3/s
• q = 0.0335/0.3 = 0.112 m2/s

1. Se halla el área ( A=b*y ) la velocidad superficial (Vs=Q/A)

Ensayo N°2:

• A = 0.3*0.054 = 0.0162 m2
• Vs = 0.0335/0.0162 = 2.07 m/s

Ensayo N°3:

• A = 0.3*0.063 = 0.0189 m2
• Vs = 0.0335/0.0189 = 1.772 m/s

1. Se halla la fuerza resultante ( F = (0.5*b*γw)* y2  ) donde γw= ρh20 * g    

Ensayo N°1:

•        F = ( 0.5 * 0.3 * 1000 * 9.81 )* 0.0672  = 6.606 N

Ensayo N°2:

•        F = ( 0.5 * 0.3 * 1000 * 9.81 )* 0.0542  = 4.291 N

Ensayo N°2:

•        F = ( 0.5 * 0.3 * 1000 * 9.81 )* 0.0632    = 5.840 N

1. Se halla el tirante critico  ( yc= )[pic 13]

Ensayo N°1:

• yc1 = yc2 = yc3 =  =  = 0.108[pic 14][pic 15]

1. Se halla la fuerza resultante critica ( Fc = (0.5*b*γw)* y2  ) donde γw= ρh20 * g    

Ensayo N°1:

•        F = ( 0.5 * 0.3 * 1000 * 9.81 )* 0.1082  = 17.2667 N

7.2 RESULTADOS

                                        Tabla N° 3

           Registro de información del Laboratorio “FUERZA ESPECÍFICA EN CANALES ABIERTOS”

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