1. No category

Manual de prácticas de
hidráulica básica
Código
MADO-02
Versión
01
Página
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Sección ISO
7.3
08 de agosto de
Fecha de emisión
2016
Facultad de Ingeniería
Área/Departamento: Laboratorio de hidráulica
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Orificios y Compuertas
Elaborado por:
Revisado por:
Autorizado por:
Vigente desde:
M.I. Alejandro Maya
Franco, M.I. Alexis
López Montes e Ing.
Mónica Villa Rosas.
M.I. Alexis López
Montes e Ing. Mónica
Villa Rosas.
Dra. Ma. del Rosio
Ruíz Urbano
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1. Seguridad en la ejecución
1
2
3
Peligro o Fuente de energía
Riesgo asociado
Rejillas Irving que desaloja el Posible caída
agua de ambos modelos
Escaleras del canal Plint
Posible caída
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 de un orificio por medio de aforo volumétrico, así como,
los coeficientes de gasto, contracción y velocidad para diferentes cargas sobre el
orificio.
Analizar el funcionamiento hidráulico de una compuerta vertical y determinar el
gasto a través de ella.
3. Introducción y antecedentes





Concepto de gasto o caudal
Ecuación de continuidad y energía
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


Dispositivo de orificio
Canal Rehbock
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




Sección ISO
Flexómetro
Aliviadero
Probeta de 1 litro
Cronómetro
Limnímetro de punta
5. Desarrollo
I.
Actividad 1 (Orificio lateral bajo carga constante)
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 m3, en la
probeta de 1 litro (Sugerencia: Recuerde que la probeta está graduada en ml).
2. Realizar los incisos anteriores para tres cargas distintas. Registrar las mediciones
en la Tabla 1.
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Tabla 1. Orificio lateral bajo carga
constante
Caso
H
[m]
Vol
[m3]
x
[m]
ta
[s]
1
2
3
H
D0
.
y
y = 0.972 m
Diámetro del orificio D0 = 0.0128 m
Figura 1. Orificio lateral de pared
delgada.
II.
Actividad 2 (Compuerta canal Rehbock)
1. Medir el nivel de cresta NC, en metros, del vertedor triangular de pared delgada del
canal Rehbock.
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).
4. Repetir el procedimiento del punto anterior para dos cargas y1 diferentes. Registrar
las mediciones en la Tabla 2.
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Tabla 2. Compuerta vertical bajo carga constante
Caso
NSA [m]
y2 [m]
Nf [m]
Ns [m]
y1
[m]
a = 0.067 m
b = 0.25 m
1
2
v1
y1
v2
a
y2
Figura 2. Canal Rehbock
6. Determinación del gasto a través de un orificio y de sus coeficientes
para diferentes cargas.
Ejercicio 1 (Orificios)
1. Calcular para cada carga:
a) El gasto Qvol, en m3/s.
Qvol 
Vol
ta
b) La velocidad experimental del chorro V, en m/s, con la ecuación de la trayectoria
parabólica.
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x2 g
2y
V
donde
g
aceleración de la gravedad, 9.81m/s2.
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
d) El número de Reynolds Re del chorro descargado.
Re 
2 gH D0

donde
 = 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 Q, en m3/s, con el coeficiente de gasto Cd, obtenido en
el inciso anterior.
Q  Cd A0 2 gH
donde
A0
Cd
área del orificio lateral, en m2.
coeficiente de gasto obtenido en el inciso
anterior.
g) Calcular el error relativo e, en porciento, entre los gastos Qvol y Q.
e 
Qvol  Q
Qvol
 100
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h) Dibujar en un plano las curvas de gasto Qvol y Q, (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.
2. Calcular para cada carga y1:
a) El gasto del canal Q, en m3/s.
Q  Ch 5 / 2
donde
h
carga sobre el vertedor, h =NSA-NC, en metros.
b) El coeficiente de gasto Cd, con ayuda de la Figura 4.
c) El coeficiente de contracción Cc y velocidad Cv.
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Cc 
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y2
a
Cv 
Cd
Cc
d) El gasto experimental del canal, en m3/s.
Qexp  C d ba 2gy1
e) El error en porciento de los gastos Qexp y Q.
e 
Q  Qexp
Q
 100
0.61
Coeficiente de gasto, Cd
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
y1/a
Figura 4. Coeficiente de descarga para compuertas planas verticales.
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Figura 5. Variación de los coeficientes de velocidad, contracción y gasto con el número de Reynolds en
un orificio circular.