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.