Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
1/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
ORIFICIOS Y COMPUERTAS
Práctica 5
Elaborado por:
Revisado por:
Autorizado por:
Vigente desde:
M.I. Alejandro Maya
Franco e Ing. Mónica
Villa Rosas.
M.I. Alexis López
Montes
Dra. Ma. del Rosio
Ruíz Urbano
25 de enero de
2017
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
2/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
1. Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía
Riesgo asociado
Rejillas Irving que desaloja el agua de Posible caída.
ambos modelos.
Escaleras del canal Rehbock.
Posible caída.
1
2
2. Objetivos de aprendizaje
I.
Objetivos generales
El alumno deberá aplicar los principios fundamentales de la Física a volúmenes
finitos de control, para resolver problemas de aforo en un orificio de pared delgada y
en compuertas planas verticales.
II.
Objetivos específicos
Determinar el gasto a través del orificio empleando los coeficientes de gasto,
contracción y velocidad para diferentes cargas sobre el orificio; compararlo con el
gasto aforado volumétricamente.
Analizar el funcionamiento hidráulico de una compuerta vertical y determinar el
gasto a través de ella.
3. Introducción y antecedentes
•
•
•
Orificios de pared delgada
Coeficientes de velocidad, contracción y gasto en orificios de pared delgada
Ecuación de gasto para compuertas verticales y coeficientes de descarga
4. Material y Equipo
•
•
•
Modelo de orificio
Canal Rehbock
Flexómetro
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
3/10
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
•
•
•
•
•
Sección ISO
Aliviadero
Probeta de 1 litro
Cronómetro
Limnímetro de punta (LMP-05-REHBOCK)
Limnímetro de gancho (LMG-08-REHBOCK)
5. Desarrollo
I.
Actividad 1 (Modelo de orificio)
1. Abrir la válvula y establecer un nivel de agua en el aliviadero, después medir las
siguientes características:
a) La carga H, en m, que va desde el centro de gravedad del orificio a la
superficie del nivel establecido (figura 1).
b) La distancia horizontal x, en m, entre la sección contraída y el centro del
chorro que choca en el piso (figura 1).
c) Tomar un tiempo ta, en s, que tarda en llenar un volumen Vol, en ml, en la
probeta de 1 litro.
2. Realizar los incisos anteriores para tres cargas distintas. Registrar las mediciones
en la tabla 1.
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
4/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
Tabla 1. Mediciones de la actividad 1
Caso
H
[m]
x
[m]
Vol
[ml]
ta
[s]
H
1
2
3
D0
.
y=0.972 m
y = 0.972 m
D0 = 0.0128 m
Figura 1. Orificio lateral de pared
delgada
II.
Actividad 2 (Compuerta del canal Rehbock)
1. Medir el nivel de cresta NC, en m, del vertedor triangular de pared delgada del
canal Rehbock, de ancho b=0.25 m.
NC = ___________________m
2. Para la compuerta aguas arriba, establecer una abertura constante a de 0.067 m, y
abrir la compuerta aguas abajo en su totalidad.
3. Abrir la válvula de alimentación del canal, establecer un nivel de agua sobre el
vertedor triangular de pared delgada, después medir las siguientes características:
a) El nivel de superficie del agua sobre el vertedor NSA, en m.
b) La carga y1, en m, aguas arriba de la compuerta (figura 2).
c) La carga y2, en m, a la salida de la compuerta (figura 2).
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
5/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
4. Repetir el procedimiento del punto anterior para dos cargas y1 diferentes. Registrar
las mediciones en la tabla 2.
Tabla 2. Mediciones de la actividad 2
y2 [m]
y1
Caso NSA [m]
[m]
Nf [m]
Ns [m]
1
2
v1
y1
a
y2
v2
Figura 2. Canal Rehbock
6. Determinación del gasto a través del orificio empleando los coeficientes
de gasto, contracción y velocidad para diferentes cargas sobre el
orificio; comparación con el gasto aforado volumétricamente
Ejercicio 1 (Orificios)
1. Calcular para cada carga H:
a) El gasto Qvol, en m3/s.
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
6/10
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
Qvol =
Sección ISO
Vol
ta
b) La velocidad experimental del chorro V, en m/s, con la ecuación de la trayectoria
parabólica.
V =
x2 g
2y
Donde:
g aceleración de la gravedad, 9.81m/s2
y distancia vertical entre la sección contraída y el piso, 0.972 m
c) Obtener los coeficientes experimentales de velocidad Cv, de gasto Cd y
contracción Cc.
Cv =
V
2 gH
Cd =
Qvol
A0 2 gH
Cc =
Cd
Cv
Donde:
Ao área del orificio lateral, en m2
d) El número de Reynolds Re del chorro descargado.
Re =
2 gH D0

Donde:
 viscosidad cinemática del agua, 1.1x10-6 m2/s
e) Obtener los coeficientes de velocidad Cv, de gasto Cd y contracción Cc, con
ayuda de la figura 5.
f) Calcular el gasto teórico Qo, en m3/s, con el coeficiente de gasto Cd, obtenido en
el inciso anterior.
Qo = Cd A0 2 gH
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
7/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
Donde:
Cd coeficiente de gasto obtenido en el inciso anterior
g) Calcular el error relativo e, en porciento, entre los gastos Qvol y Q0.
e =
Qvol − Qo
Qvol
 100
h) Dibujar en un plano las curvas de gasto Qvol y Qo, (figura 3).
Figura 3. Gráfica Q-H para un orificio
Análisis del funcionamiento hidráulico de una compuerta vertical y
determinación del gasto a través de ella
Ejercicio 2 (Compuerta)
1. Calcular el coeficiente de descarga del vertedor triangular
C=
donde:
θ
g
K
μ
8
 
2 g tan  K
15
2
ángulo en el vértice de aforo, 90°
aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2
coeficiente que depende de B/h; K=1
coeficiente experimental; μ=0.60
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
8/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
2. Calcular para cada carga y1:
a) El gasto del canal Qv, en m3/s.
Qv = Ch 5 / 2
Donde:
h carga sobre el vertedor, h=NSA-NC, en m
b) El coeficiente de gasto Cd, con ayuda de la figura 4.
c) El coeficiente de contracción Cc y velocidad Cv.
Cc =
y2
a
Cv =
d) El gasto experimental del canal, en m3/s.
Qexp = C d ba 2gy1
e) El error en porciento de los gastos Qexp y Qv.
e =
Qv − Qexp
Qv
 100
Cd
Cc
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
9/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
Coeficiente de gasto, Cd
0.61
0.6
0.59
0.58
0.57
0.56
0.55
0.54
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
y1/a
Figura 4. Coeficiente de descarga para compuertas planas verticales
Figura 5. Variación de los coeficientes de velocidad, contracción y gasto con el número de Reynolds en
un orificio circular
Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-25
Versión
01
Página
10/10
Sección ISO
8.3
25 de enero de
Fecha de emisión
2017
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
La impresión de este documento es una copia no controlada
7. Conclusiones
8. Referencias bibliográficas
1. Sotelo, A. G. (1999). Hidráulica General. México. Limusa Noriega.
2. Potter, M. C., Wiggert, D. C. (1997). Mecánica de Fluidos. México. Prentice Hall.
3. Mott, R. L. (1996). Mecánica de Fluidos Aplicada. México. Prentice-Hall
Hispanoamericana.