PRACTICA #1

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                                                             Facultad de Ingeniería Mochis
                                                         Universidad Autónoma de Sinaloa


PRÁCTICA # 3

DISTRIBUCIÓN DE VELOCIDADES EN UN CANAL

OBJETIVO:

      Determinar la velocidad media en la sección transversal de un canal,
mediante la obtención de las velocidades en diferentes puntos de dicha sección.

INTRODUCCIÓN:

       Debido a la presencia del aire en la superficie libre y a la fricción a lo largo
de las paredes y el fondo de un canal, la velocidad de las partículas no está
uniformemente distribuida siendo menor en las partículas que se mueven
adyacentes a las paredes y el fondo, localizándose el punto de máxima velocidad
equidistante de las paredes del canal y a unos centímetros por debajo de la
superficie.

       En la distribución de velocidades de una sección de un canal influyen otros
factores tales como: la forma de la sección, la rugosidad del canal, la pendiente y
la presencia de curvas.

      Para determinar la velocidad media en una sección transversal de un canal
se han establecido los siguientes criterios:

       1.- La velocidad media (Vm) es igual de 80 a 90% del valor de la velocidad
superficial.

      2.- La velocidad media (Vm) es la velocidad que se encuentra
aproximadamente a una profundidad de 0.60 del tirante (d).

       3.- Un valor más aproximado a la velocidad media se obtiene promediando
las velocidades obtenidas al hacer observaciones a 0.2, 0.8 y 0.6 de profundidad
(d).

        Vm   =   ( Vel. a 0.20d + Vel. a 0.80d + 2 Vel. a 0.60d)
                                       4

       4.- Utilizando la ecuación de continuidad: Vm= Q/A




                                                                                        1
                                                                                         Laboratorio
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                                                     Universidad Autónoma de Sinaloa


EQUIPO REQUERIDO:

     -    Molinete.
     -    Tubo de Pitot.
     -    Cronómetro.
     -    Cinta métrica.
     -    Marcadores de material poroso (Flotadores simples o de superficie).

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO:

TUBO DE PITOT: Es un tubo de material trasparente, vertical en su mayor parte y
horizontal en un extremo, el cual se sumerge en el flujo al cual se le va a
determinar la velocidad cuidando de que la parte horizontal queda paralela a las
líneas de corriente.
       La columna del liquido que se forma en el Tubo de Pitot por encima de la
superficie libre se le conoce como carga dinámica (h) la cual se utiliza en la
ecuación de Torricelli que nos permite determinar la velocidad del fluido en ese
punto.

ECUACION DE TORRICELLI:           V=       2gh        g = 9.81 m/seg2.

MOLINETE: Los molinetes son aparatos constituidos de una rueda de copas la
cual impulsada por el liquido dan un número de revoluciones proporcional a la
velocidad de la corriente. A cada vuelta o a cada número determinado de vueltas,
se establece un contacto eléctrico y el aparato emite un sonido. Este dispositivo
permite conocer el número de revoluciones del eje durante un determinado
intervalo de tiempo, o sea la velocidad de rotación.
       La velocidad de la corriente es dada en función del número de vueltas por
minuto y de coeficientes particulares para cada aparato.

PROCEDIMIENTO:

         1.- Se establece un gasto (se sugiere de mayor a menor).

       2.- Se establecerá una longitud (L) de 5 a 7 metros en sección rectangular
del canal y de pendiente uniforme y se registra en la primera columna de la tabla
# 1.

        3.- Se coloca el flotador superficial en el flujo y con ayuda del cronometro
se mide el tiempo (t) en que el flotador recorre la distancia establecida y se
registra en la segunda columna de la tabla # 1.




                                                                                    2
                                                                                         Laboratorio
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       4.- Se repite el paso anterior dos veces para el mismo gasto en diferentes
posiciones de la superficie.

      5.- Determinar el tirante (d) en la sección del canal            con ayuda del
limnimetro y se registra en la segunda columna de la tabla # 1.

       6.- Colocamos el tubo de Pitot a 10cm. De la orilla del canal y a una
profundidad de 0.20d, 0.60d y 0.80d respectivamente, tomando en cada punto (1,
2 y 3 “Fig. 1”) los correspondientes valores de la carga dinámica (h) y se registran
en la cuarta columna de la tabla # 1.




                            1            4             7        0.8d

             d
                            2                5         8        0.6d

                            3                6         9        0.2d

                     10cm                               10cm


                                       b
FIGURA # 1.- Distribución de los puntos de medición en la sección transversal del
canal.

      7.- Repetir el paso 6 en medio de la sección del canal (puntos 4, 5, y 6) y a
10 cm de la otra orilla ( puntos 7, 8, y 9 “Fig. 1” ).

        8.-Colocamos el molinete en los puntos (1, 2, 3 ..., 9 “Fig. 1” ) y
establecemos las revoluciones por minuto ( R. P. M ) en cada uno de ellos y las
registramos en la quinta columna de la tabla # 1.

      9.- Determinamos el tirante (y) establecido en la garganta del medidor
Parshall y lo registramos en la primera columna de la tabla # 1.

      10.- Repetir los pasos del 1 al 9 en una sección del canal con pendiente de
fondo diferente.




MEMORIA DE CALCULO:

                                                                                    3
                                                                                           Laboratorio
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       1.- Con la longitud (L) y el tiempo (t) registrados en las columnas 1 y 2 de la
tabla # 1, determinamos la velocidad en la superficie mediante la ecuación Vs = L/t
y registramos en la primera columna de la tabla # 2.

       2.- Con las velocidades anteriores obtenemos la velocidad promedio en la
superficie
 para cada gasto y registramos en la segunda columna de la tabla # 2.

       3.- Con la carga dinámica (h) registrada en la columna 4 de la tabla # 1 y
con ayuda de la ecuación de Torricelli determinamos la velocidad de cada uno de
los puntos y registramos en la quinta columna de la tabla # 2.

        4.- Obtenemos la velocidad promedio de los puntos 1, 4 y 7 que será igual
a la velocidad a 0.80d y registramos en la sexta columna de la tabla # 2.

        5.- Obtenemos la velocidad promedio de los puntos 2, 5 y 8 que será igual
a la velocidad a 0.60d y registramos en la sexta columna de la tabla # 2.

        6.- Obtenemos la velocidad promedio de los puntos 3, 6 y 9 que será igual
a la velocidad a 0.20d y registramos en la sexta columna de la tabla # 2.

       7.- Con las RPM para cada uno de los puntos registrados en la columna 5
de la tabla # 1, las multiplicamos por las constantes del molinete y obtenemos la
velocidad lineal en m/seg. Y registramos en la séptima columna de la tabla # 2.

        8.- Con la velocidad lineal obtenida utilizando el molinete, aplicamos el
criterio utilizado en los pasos 4, 5 y 6 para obtener las velocidades respectivas y
registramos en la octava columna de la tabla # 2.

       9.- Con el tirante (d) de la sección del canal y el ancho de plantilla ( b = 37.4
cm ) determinamos el área hidráulica de la sección ( A = bd ) en m 2 , y registramos
en la segunda columna de la tabla # 2.

       10.- Con el tirante (y “en metros”) del medidor Parshall, determinamos el
gasto (Q) en m3 /seg., utilizando la ecuación: Q = 0.381 y1.58 y registramos en la
primer columna de la tabla # 2.

       11.- Determinamos la velocidad media utilizando las velocidades promedio
y los diferentes criterios enunciados en la introducción de acuerdo con el servicio
geológico de lo Estados Unidos:




                                                                                      4
                                                                                        Laboratorio
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      1.- Velocidad en la superficie 0.8 Vs  Vm  0.9 Vs.

      2.- Vm es igual a la velocidad a 0.6d.

      3.- Un calculo más preciso es Vm = Vel a 0.20d + Vel a 0.80d + 2 Vel a 0.6d
                                                            4

      4.- De acuerdo con el principio de continuidad: Vm = Q / A

      Registramos los diferentes valores de la velocidad media obtenidos en la
columna 9 de la tabla # 2 en el lugar correspondiente.

REPORTE DE PRÁCTICAS:

      El reporte de prácticas que el alumno entregara comprenderá la tabla # 2 y
contestara las siguientes preguntas:

      1.- ¿Que son las curvas isotacas?

       2.- Con los valores obtenidos en esta práctica, trazar el diagrama a escala
de las curvas isotacas.

       3.- Utilizando los valores obtenidos en esta práctica, trazar el diagrama a
escala de la variación de las velocidades respecto a la profundidad.

       4.- Utilizando la ecuación de Bernoulli demostrar que la ecuación de
Torricelli es aplicable para determinar la velocidad utilizando el tubo de Pitot.

      5.- ¿ Si aumenta el tirante y el gasto se mantiene constante la velocidad
media (Vm) aumenta o disminuye? ¿Por qué?

        6.- Para que lo anterior sucediera como debieron variar las características
físicas del canal (rugosidad, pendiente, y ancho de plantilla).

BIBLIOGRAFIA:

HIDRAULICA.- Samuel Trueba Coronel.- Velocidad media.
MECANICA DE LOS FLUIDOS E HIDRAULICA.- Ronal V. Giles.- Flujo de
canales abiertos .
HIDRAULICA DE LOS CANALE S ABIERTOS .- Ven Te Chow.- Canales abiertos
y sus propiedades.
MANUAL DE HIDRAULICA .- J. M. De Acevedo y Gillermo Acosta A.- Conductos
libres o canales.

2


                                                                                   5
                                                               Laboratorio
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               TABLA # 1


 y      d        Punto           h
(m)    (m)                      (m)              R. P. M

                   1
                   2
                   3
 L       t         4
(m)   (seg.)       5
                   6
                   7
                   8
                   9

 y      d        Punto           h
(m)    (m)                                       R. P. M
                                (m)
                   1
                   2
                   3
 L       t         4
(m)   (seg.)       5
                   6
                   7
                   8
                   9




                                                           6
                                                                                 Laboratorio
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                               TABLA # 2

                                 PITOT     MOLINETE        VELOCIDAD
  Q       A                          VProm
 3                              V m/seg     V    VProm       MEDIA
m /seg    m2     TIRANTE PUNTO
                               m/seg       m/seg m/seg        Vm
                                                          1.- VELOCIDAD DE LA
                          1                                    SUPERFICIE.
                          4                                        Vm 
                  0.8d
                          7                               2.- VELOCIDAD A
                                                          0.6d.
VELOCIDAD EN
LA SUPERFICIE             2
                                                          PITOT      Vm=
 V    VProm       0.6d    5                               MOLINETE Vm=
m/seg m/seg               8
                                                          3.- CALCULO MAS
                          3                               PRECISO.

                          6                               PITOT      Vm=
                  0.2d
                          9                               MOLINETE Vm=

                                                          4.- PRINCIPIO DE
                                                          CONTINUIDAD Vm=
                                  PITOT    MOLINETE        VELOCIDAD
  Q       A                          VProm
 3                              V m/seg      V   VProm       MEDIA
m /seg    m2     TIRANTE PUNTO
                               m/seg       m/seg m/seg        Vm
                                                          1.- VELOCIDAD DE LA
                          1                                    SUPERFICIE.
                          4                                        Vm 
                  0.8d
                          7                               2.- VELOCIDAD A
                                                          0.6d.
 VELOCIDAD EN
LA SUPERFICIE             2                               PITOT      Vm=
  V      VProm    0.6d    5                               MOLINETE Vm=
m/seg    m/seg            8
                                                          3.- CALCULO MAS
                          3                               PRECISO.

                          6                               PITOT      Vm=
                  0.2d
                          9                               MOLINETE Vm=

                                                          4.- PRINCIPIO DE
                                                          CONTINUIDAD Vm=




                                                                             7

				
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