DETERMINACIÓN DEL RÉGIMEN DEL FLUJO EN UN CANAL

LABORATORIO 1

DETERMINACIÓN DEL RÉGIMEN DEL FLUJO EN UN CANAL

OBJETIVOS

Determinar el régimen de flujo en un canal a partir del número de Reynolds y el número de Froude.

Identificar y familiarizarse con los elementos geométricos de la sección de un canal

Afianzar los conceptos sobre regímenes de flujo en un canal

INTRODUCCIÓN

Para determinar el régimen que se encuentra un canal abierto, ya sea subcrítico , laminar, supercrítico laminar, supercrítico turbulento o subcrítico turbulento, es necesario determinar el número de Froude y el número de Reynolds.

Para su determinación es necesario tener en cuenta variable como caudal, tirante, profundidad hidráulica, radio hidráulico, etc. Se obtendrán distintos regímenes y flujos.

GENERALIDADES

En un canal abierto el efecto combinado de la viscosidad y de la gravedad puede producir cualquiera de estos cuatro

Regímenes de flujo

Subcrítico laminar (F<1 y Re en rango laminar)

Supercrítico laminar (F>1 y Re en rango laminar)

Supercrítico turbulento (F>1 y Re en rango turbulento)

Subcritico laminar (F>1 y Re en rango turbulento)

Numero de Froude

El número de Froude representa la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales y está dado por la siguiente expresión:

F=V/√gD (1) D=A/T

V= velocidad media del flujo

T= ancho de la superficie

D= profundidad hidráulica

A= área mojada ocupada por el liquido

Cuando el número de Froude es igual a la unidad se dice que el flujo se encuentra en el estado crítico. Si el número de Froude es menor que la unidad, el flujo se denomina sub-crítico, y si el número de Froude es mayor que uno, el flujo se denomina súper- crítico.

Numero de Reynolds

Es la relación entre la viscosidad y la inercia definida como:

Re=(V*Rh)/v

Donde,

V= velocidad del flujo (pies/seg)

Rh= radio hidráulico (pies)

v= Viscosidad cinética

El flujo en canales abierto es laminar si el número de Reynolds Re es pequeño, y turbulento si Re es grande

Elementos geométricos de un canal

Sección de un canal

Profundidad hidráulica (D): profundidad del agua en la sección transversal medida perpendicular al fondo del canal.

Área (A): área de la sección perpendicular en la dirección del flujo

Ancho de la base de la sección (B)

Tirante (Y): profundidad del agua a la sección transversal a la sobre vertical Y

Radio hidráulico (Rh): relación entre el área de la sección transversal y el perímetro mojado de la misma

Perímetro mojado (P): es la suma de las longitudes de los lados de la sección transversal sin incluir los de la superficie libre.

EQUIPOS UTILIZADOS

Canal rectangular

Medidor de tirantes

Compuerta deslizante

Venturimetro

Medidor de velocidades

PROCEDIMIENTO

Coloque el canal horizontal; y la compuerta abierta en la mitad de la longitud del canal.

Encienda la bomba que suministra el flujo del canal

Seleccione un valor de caudal y espere unos minutos que el flujo se estabilice

Baje la compuerta lentamente y deje una abertura lo menor posible, cuidando que no se derrame el agua del canal. Espere que el flujo se estabilice.

Mida la profundidad del agua en tres secciones a lo largo del canal, tanto como aguas arriba como aguas debajo de la compuerta

Seleccione otras tres aberturas de la compuerta y repita los pasos anteriores

Determine el valor de la velocidad promedio a partir de las lecturas del venturimetro y el medidor

Promedie los valores de profundidad del agua para las lecturas aguas arriba y aguas debajo de la compuerta

Con los valores promedio de la tirante se determina el área de la sección transversal y el valor del caudal hallados aguas arriba y aguas abajo para cada abertura de la compuerta

Determine el caudal promedio para todas las mediciones

Determine el perímetro mojado, la profundidad hidráulica y el radio hidráulico para los valores medidos aguas arriba ya aguas abajo para cada abertura de la compuerta.

Calcule el número de Reynolds y el número de Froude para cada pareja de mediciones por cada abertura de la compuerta.

Elabore la tabla con los datos medidos y procesados. Concluya

Grafique tirante promedio Vs. Caída de velocidad. Comente

DATOS OBTENIDOS

Cuando el caudal es 8,224 L/s ∆=11 mm de mercurio

mediciones agua arriba Tiempos(seg) aguas abajo Tiempos(seg)

1 166 5,86 21 0,9

1 163 5,55 22,5 0,96

1 162 6,77 25,5 0,94

total 491 18,18 69 2,8

promedio 163,67 6,06 23 0,933

2 127 2,79 24 1,06

2 125 2,65 28,5 0,96

2 125 3,06 30 0,97

total 377 8,5 82,5 2,99

promedio 125,67 2,83 27,5 0,997

3 46 3,59 27 1,4

3 94 3,6 31 1,27

3 93,8 3,79 33,5 1,1

total 233,8 10,98 91,5 3,77

promedio 77,93 3,66 30,5 1,26

4 91 2,79 31,5 1,49

4 83 3,65 37,5 1,27

4 80 3,06 38,5 1,27

total 254 9,5 107,5 4,03

promedio 84,67 3,17 35,83 1,34

Tabla 1. Datos

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