PRÁCTICA 7 Descarga de Caudales a Través de Una Compuerta Hidráulica-HIDRÁULICA I -2015-2016

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIODE INVESTIGACIONES HIDRÁULICAS

PRACTICA N° 7 1.

Tema: Gasto a través de una compuerta plana

2.

Objetivos 2.1 Objetivo General Determinar el gasto que fluye a través de una compuerta hidráulica plana y su coeficiente de descarga. 2.2 • • • •

Objetivos Específicos Determinar las características geométricas y operativas de la compuerta Determinar los coeficientes de descarga, contracción y velocidad de la compuerta. Calcular el caudal real con cada uno de los coeficientes determinados Comparar el caudal real obtenido volumétricamente contra el caudal calculado con los coeficientes determinados.

3. Marco teórico: En la práctica de Compuertas se aplica los conocimientos teóricos adquiridos mediante un proceso de ensayos y recolección de datos en laboratorio. Compuertas Es una placa móvil, plana o curva, que al moverse verticalmente permite graduar la altura del orificio que se va descubriendo en su parte inferior, controlando la descarga producida. El orificio generalmente se hace entre el piso de un canal y el borde inferior de la compuerta, por lo que su ancho coincide con el del canal; Las características del flujo que atraviesa esta compuerta pueden analizarse mediante una red de flujo, tal y como se muestra en la siguiente figura:

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Como se observa en la figura, el chorro de agua sufre un efecto de contracción al atravesar la compuerta, siendo posible determinar el caudal que pasa a través de ella aplicando la ecuación de la energía entre ambos lados de la compuerta, considerando dicha contracción, mediante la expresión siguiente: 2

1

2

Dónde: • • • • • •

Q: gasto (m3/s) g: aceleración de la gravedad (9.81m/s2) Cc, Cv y Cd: coeficiente de contracción, de velocidad y de gasto respectivamente dependen de la geometría del flujo y del número de Reynolds. b = ancho de la compuerta (m) a= abertura de la compuerta (m) y1= tirante aguas arriba de la compuerta (m)

El caudal bajo una compuerta y las características hidráulicas de la descarga se pueden conocer a partir del estudio de una red de flujo. La red de flujo sobre la compuerta plana se puede apreciar con las variaciones que presentan las presiones y que permiten observar con claridad la contracción que experimenta el chorro descargado por el orifico a una altura “a” del piso. Aguas abajo se tiene el tirante de agua Y2 que se puede calcular en función del coeficiente de contracción “Cc” de la siguiente forma Y2= Cc* a y que debe ser medido a una distancia L desde la compuerta, donde se tiene la relación de L = a/Cc.

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A la distancia L las líneas de corriente son horizontales y se tiene el tirante Y2. En el análisis de la velocidad sobre la base inferior de la compuerta, es importante observar cómo las líneas de corriente tienden a unirse y es ahí, donde la velocidad adquiere su máximo valor. Para el presente laboratorio, en el cálculo del caudal, se considera el caso de una compuerta plana, que con la horizontal forma un ángulo de = 90° y un ancho b.

•

4. Equipo: Canal de pendiente variable

Instrumental: • Compuerta • Tubo pitot • Limnímetro • Regla • Recipiente • Probeta graduada • Cronómetro Materiales: •

Agua

1. Metodología: • • • • • • • •

Colocar la pendiente del canal en cero (pendiente horizontal). Instalar convenientemente la compuerta en el canal y establecer una abertura de la compuerta. Determinar las características geométricas de la compuerta que se va a ensayar. Prender la bomba del equipo Regular un determinado caudal y esperar un cierto tiempo que se estabilice el caudal. Aforar el caudal que pasa a través de la compuerta. Medir la temperatura del agua. Medir los tirantes generados aguas arriba y aguas debajo de la compuerta.

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•

Repetir el procedimiento desde el punto 2 para diferentes caudales.

2. Registro de datos: Datos de entrada: •

a = abertura de la compuerta (m)

•

b= ancho de la compuerta (m)

•

Temperatura del agua (°C)

•

Y1 = tirante aguas arriba de la compuerta ( m)

•

Y2 = tirante aguas debajo de la compuerta (m)

•

H = Altura piezométrica (m)

3. Ecuaciones fundamentales

Y2 = Cc*a => C d = C c* C v Qr = Vr*Ar Vr= Cv*Vt Ar = Cc*Ao

Donde: Qr: caudal real. Ar: área real de flujo. Vr: velocidad real. Ao: área del orificio (b.a) Vt : velocidad teórica.

2

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4. Cuadro de datos

Ao

Volumen

Tiempo

Qr

Qrpromedio

Vr

Vt

Qteórico

m2

l

s

l/s

l/s

m/s

m/s

l/s

Cd

Cc

Cv

N°

5. Análisis de resultados (comparar los coeficientes obtenidos en la práctica con los determinados utilizando los ábacos respectivos). 6. Conclusiones 7. Recomendaciones 8. Agradecimiento 9. Bibliografía: