TACNA - PERÚ

HIDRAULICA DE CANALES

CURSOS:
MECANICA DE FLUIDOS II

DOCENTE:

GRUPO:

“B”

INTRODUCCIÓN

En ingeniería, un canal es una construcción que tiene como fin el transporte de fluidos, a diferencia de las tuberías, un canal es abierto. También es usado como vías artificiales de navegación.

El comportamiento hidraulico de los canales y su diseño son fundamentales en el campo de la ingeniería.

El mejor diseño para un canal es el de maxima eficiencia hidraulica cuando para la misma area y pendiente conduce el mayor caudal, ésta condición esta referida a un perímetro húmedo mínimo, sabiendo esto, es interesante conocer las características que lo componen, para poder estudiar y comprender cómo es que trabaja el flujo en un canal y cuales son aquellos factores que dificultan y entorpecen este sistema; como lo es la presencia de moho en las paredes, crecimiento de vegetación, erosión, sedimentación de material, transporte de partículas extrañas, etc. ocasionando que el mismo flujo en interacción con lo ya descrito produzca un resalte hidraulico.

El presente informe se encuentra referido a la manera en que se debe trabajar y lidiar con los problemas que se puedan presentar en campo al momento de analizar y estudiar las partes, comportamiento y desempeño de un flujo en un canal activo.

HIDRAULICA DE CANALES

OBJETIVOS:

* Determinar los elementos geométricos de un canal enfuncionamiento, y observar los grados de variación que existen cuando se realizan las lecturas especificadas para el tipo de canal estudiado.

* Identificar el tipo de flujo que circula en cada punto analizado del canal.

* Determinar el Número de Frout en cada sección del canal.

* Determinar la velocidad media ya que la velocidad inicial es una velocidad superficial

* Determinar los caudales en cada punto del canal para obtener un caudal promedio.

MATERIALES:



Cinta Métrica

Jalones

Libreta de Campo

Cronómetro

Flotador

Estacas

FUNDAMENTO:

El tipo de canal en el cual se desempeño la practica de campo, fue un CANAL TRAPEZOIDAL, por lo tanto al determinar los elementos geométricos se hara uso de las siguientes fórmulas:



Donde:
b = Base
B = Espejo de agua
y = Tirante
z = Talud
P = Perímetro
A = Area


APORTE TEÓRICO:

1. METODOS PARA LA MEDICION DE CAUDALES

Entre los métodos mas utilizados para medir caudales de agua se encuentran los siguientes:

* Método del flotador
* Método volumétrico
* Método de la trayectoria

A. MÉTODO DEL FLOTADOR:

El método del flotador se utiliza en los canales y acequias y da sólo una medida aproximada de los caudales. Su uso es limitado debido a que los valores que se obtienen son estimativos delcaudal, siendo necesario el uso de otros métodos cuando se requiere una mayor precisión.

a) Materiales:

Se elige un tramo del canal que sea recto y de sección transversal uniforme, de alrededor de 30 metros de largo, donde el agua escurra libremente. Se marca en el terreno la longitud elegida y se toma el tiempo que demora el flotador en recorrería, con el fin de conocer la velocidad que lleva el agua en esa sección.

Como flotador se puede usar cualquier objeto que sea capaz de permanecer suspendido en el agua, como un trozo de madera, corcho u otro material similar, que no ofrezca gran resistencia al contacto con el aire y que se deje arrastrar facilmente por la corriente de agua.

b) Determinación de la Velocidad:

Para conocer la velocidad del agua debera dividirse el largo de la sección elegida, en metros, por el tiempo que demoró el flotador en recorrerla, expresado en segundos, como se Indica en la siguiente relación.

V= Largo sección (m)Tiempo recorrido (s)= ms

El paso siguiente es determinar el area promedio del canal (sección transversal del canal).


c) Determinación del Area del Canal:

Se multiplica el ancho promedio del canal por su profundidad, con todas las medidas expresadas en metros.

d) Determinación del Caudal:

Conocida la velocidad (V) del agua y el area (A) del canal, se aplica la siguiente fórmula para calcular el caudal (Q):
Q = A x V x 850

Donde:
Q = caudal en l/s
A = areadel canal en m2
V = Velocidad en m/s

Una variante de este método corresponde a aquella que utiliza un 'molinete hidraulico' para medir la velocidad del agua a distintas profundidades del canal; multiplicandose dicho valor por el area del canal para la obtención del caudal.

(*)En campo se utilizo este método para determinar la velocidad del fluido.

B. MÉTODO VOLUMÉTRICO

Este método permite medir pequeños caudales de agua, como son los que escurren en surcos de riego o pequeñas acequias. Para ello es necesario contar con depósito (balde) de CANAL volumen conocido en el cual se colecta el agua, anotando el tiempo que demora) en llenarse. Esta operación puede repetirse 2 ó 3 veces y se promedia, con el fin de asegurar una mayor exactitud.
Dividiendo el volumen de agua recogido en el recipiente por el tiempo (en segundos) que demoró en llenarse, se obtiene el caudal en litros por segundo.

Ejemplo: Volumen del Balde: 20 litros.
Tiempo que demoró en llenarse: 10 segundos.

Caudal enLs=2010=2 L/s

C. MÉTODO DE LA TRAYECTORIA

Este método es de gran utilidad para el aforo de tuberías y bombas. Con él es posible obtener una aproximación aceptable cuando se usa en forma adecuada. La ventaja que presenta es su facil y rapida operación.

a) Procedimiento:

El material que se utiliza es una escuadra. La característica de ella es que uno de sus lados (Y) debe medir 25 cm para poder hacer uso de las tablas que se detallana continuación. La medición se realiza desplazando la regla hasta que el extremo inferior (mango) roce el chorro de agua que sale del tubo. El lado X de la regla debe quedar paralelo y apoyado en dicho tubo, para medir así la distancia horizontal que hay desde el punto donde el chorro toca la regla, a la boca de salida de la tubería.

La tubería debe estar en forma horizontal. Debe cuidarse que no se produzcan curvaturas a lo largo de ella y que la tubería vaya llena de agua.

Es conveniente hacer varias lecturas con el fin de promediar los resultados y obtener una medición mas próxima al caudal verdadero. Una vez realizada la medición en la reglilla horizontal X, se mide el diametro interno del tubo.

Con estos dos valores se determina el caudal en la siguiente tabla

CARACTERISTICAS DEL CANAL “IN SITU”

* El canal donde se realizó la practica de campo, presentaba una forma trapezoidal.

* Del mismo modo el canal presenta un acabado de mampostería de piedra.

* Pudimos observar que en algunos tramos la mampostería se encontraba desgastado.

* Debido a la constante circulación de agua y el tiempo de uso el canal presenta en la parte inferior (base) erosión, pudiéndose sentir la irregularidad de la base.

* Se tiene la presencia de vegetación en las paredes del canal, ademas de moho.

* Se pudo observar el transporte de desechos como basura, bolsas, etc.

* A primera instanciase observó que el canal poseía una velocidad media


* Se observaron desniveles en ciertos tramos del canal con posibles cambios de flujo.



PROCEDIMIENTO

1. Elementos Geométricos

* Primero realizamos una descripción completa del estado actual del canal.

* Después observamos el canal y colocamos estacas en los costados del mismo cada 5 metros de distancia hasta alcanzar los 20 mts., a continuación empezamos a realizar las lecturas de los elementos geométricos, introduciéndonos en el canal con el equipo necesario.

* De este modo se recomienda trabajar en grupos de cuatro donde dos personas sujetaran los jalones que se seran puestos en los costados del canal para proyectar la base del mismo y así la 3ra persona de lectura de la base mientras que la 4ta anota los datos obtenidos, del mismo modo este procedimiento se realizara para la lectura del espejo de agua

* En el caso del tirante se procedió a obtenerlo colocandonos en el sentido del flujo y midiéndolo con una wincha alrededor de 3 veces para obtener un promedio adecuado y mas acertado.

* Por último se midió el talud el cual también se obtuvo con una proyección de la base respecto a la superficie, que luego es medida hacia las paredes del canal.


2. Velocidad

* Iniciamos el proceso con una botella de agua vacía, seguidamente nos ubicamos a una cierta distancia del inicio del estacado, para permitir que la botella estabilice suvelocidad una vez soltada en el canal.

* De este modo empezamos a controlar el tiempo de desplazamiento de la botella a lo largo de los 20 mts., una ves que cruzado la 1ra estaca.

* Este procedimiento se debe realizar aproximadamente unas cuatro veces para evitar los errores de lectura que se puedan haber efectuado y darle mas precisión a los resultados.

* Finalmente obtendremos la velocidad de los datos obtenidos de las lecturas, los cuales son la el tiempo, y el espacio, que nos permitira despejar la velocidad.



FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INFORME : Hidraulica de Canales
DOCENTE : Ing. Hermelinda Gonzales Ponce
CURSO : Mecanica de Fluidos II
FECHA : 6 de Julio del 2011

Calculo de Elementos Geométricos




PRIMER PUNTO

Base | (b) | 0,61 | m |
Espejo de agua | (B) | 0,88 | m |
Tirante | (y) | 0,30 | m |
Talud | (Z) | 0,45 | m |
AREA | 0,22 | m2 |
PERÍMETRO | 1,27 | m |
RADIO HIDRAULICO | 0,17 | m |



SEGUNDO PUNTO

Base | (b) | 0,63 | m |
Espejo de agua | (B) | 1,84 | m |
Tirante | (y) | 0,26 | m |
Talud | (Z) | 0,40 | m |
AREA | 0,19 | m2 |
PERÍMETRO | 1,20 | m |
RADIO HIDRAULICO | 0,16 | m |


TERCER PUNTO

Base | (b) | 0,63 | m |
Espejo de agua | (B) | 0,89 | m |
Tirante | (y) | 0,27 | m |
Talud | (Z) | 0,41 | m |
AREA | 0,20 | m2 |
PERÍMETRO | 1,21 | m |
RADIO HIDRAULICO | 0,17 | m|



CUARTO PUNTO

Base | (b) | 0,59 | m |
Espejo de agua | (B) | 0,81 | m |
Tirante | (y) | 0,24 | m |
Talud | (Z) | 0,46 | m |
AREA | 0,17 | m2 |
PERÍMETRO | 1,12 | m |
RADIO HIDRAULICO | 0,15 | m |

QUINTO PUNTO

Base | (b) | 0,60 | m |
Espejo de agua | (B) | 0,82 | m |
Tirante | (y) | 0,25 | m |
Talud | (Z) | 0,44 | m |
AREA | 0,18 | m2 |
PERÍMETRO | 1,15 | m |
RADIO HIDRAULICO | 0,16 | m |

FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Calculo de Velocidades y Nº de Frout


ENSAYO 01

LONGITUD | 20 | m |
TIEMPO | 10.74 | seg. |
VELOCIDAD | 1.86 | m/seg. |
VELOCIDAD MEDIA | 1.40 | m/seg |
TIRANTE | 0.30 | m |
Nº DE FROUT | 0.82 | - |


ENSAYO 02

LONGITUD | 20 | m |
TIEMPO | 10.41 | seg. |
VELOCIDAD | 1.92 | m/seg. |
VELOCIDAD MEDIA | 1.44 | m/seg |
TIRANTE | 0.26 | m |
Nº DE FROUT | 0.90 | - |

Para el control del tiempo se usó botellas de plastico vacías.

ENSAYO 03

LONGITUD | 20 | m |
TIEMPO | 10.63 | seg. |
VELOCIDAD | 1.88 | m/seg. |
VELOCIDAD MEDIA | 1.41 | m/seg |
TIRANTE | 0.27 | m |
Nº DE FROUT | 0.87 | - |

ENSAYO 04

LONGITUD | 20 | m |
TIEMPO | 10.81 | seg. |
VELOCIDAD | 1.85 | m/seg. |
VELOCIDAD MEDIA | 1.39 | m/seg. |
TIRANTE | 0.24 | m |
Nº DE FROUT | 0.91 | - |

ENSAYO 05

LONGITUD | 20 | m |
TIEMPO | 10.30 | seg. |
VELOCIDAD | 1.94 | m/seg. |
VELOCIDAD MEDIA | 1.46 | m/seg |
TIRANTE |0.25 | m |
Nº DE FROUT | 0.93 | - |


RESULTADO

“Flujo Sub-Crítico; debido a que el número de Froude es menor a la unidad en todos los punto de medición.”


0 | 0.30 |
10 | 0.28 |
20 | 0.22 |
30 | 0.215 |
40 | 0.23 |

TIPOS DE FLUJO
* Según el Tiempo

TIEMPO TRANSCURRIDO(min) | ALTURA DE TIRANTE(m) |

*Ensayo realizado en el Punto Uno

“Flujo no permanente; debido a que el tirante varía con el tiempo.”

* Según el Espacio

DISTANCIA | TIRANTES |
0 | 0.30 |
5 | 0.26 |
10 | 0.27 |
15 | 0.24 |
20 | 0.25 |

“Flujo Variado; debido a que sus características no permanecen constantes en el espacio.”

FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Calculo del Caudal


INFORME : Hidraulica de Canales
DOCENTE : Ing. Hermelinda Gonzales Ponce
CURSO : Mecanica de Fluidos II
FECHA : 06 Julio del 2011


Primer Punto:

AREA | 0.22 | m2 |
VELOCIDAD MEDIA | 1.40 | m/seg. |
CAUDAL | 0.31 | m3/seg. |


Segundo Punto:

AREA | 0.19 | m2 |
VELOCIDAD | 1.44 | m/seg |
CAUDAL | 0.27 | m3/seg |


Tercer Punto:

AREA | 0.20 | m2 |
VELOCIDAD | 1.41 | m/seg. |
CAUDAL | 0.28 | m3/seg |

Cuarto Punto

AREA | 0.17 | m2 |
VELOCIDAD | 1.39 | m/seg. |
CAUDAL | 0.24 | m3/seg |


Quinto Punto
AREA | 0.17 | m2 |
VELOCIDAD | 1.46 | m/seg. |
CAUDAL | 0.25 | m3/seg |


El caudal promedio de las cinco secciones medidas es de0.27 m3/seg.

CONCLUSIONES


* Para mayor precisión se debe tomar tramos mas cortos (5 m) del tramo de 20m que se trabajo en campo.

* Se notó que el talud “z” sólo se aplica en medidas geométricas en metros.

* A lo largo del canal existe la presencia de sedimentación de partículas granulares y finas, esto se debe a que el canal se encuentra expuesto y en contacto varias veces al día con desechos, etc.

* El tipo de flujo según el tiempo se clasifica como no permanente; según el espacio el flujo es variado y según el número de Froude el flujo es sub-crítico.




BIBLIOGRAFÍA:

* Hidraulica de Canales – Gilberto Sotelo Avila

* Mecanica de los Fluidos e Hidraulica – Colección Schaum

* www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=8225

* www.ingenieriacivil.com/canales

* https://books.google.com.pe/books?id=rahezSjGp3wC&dq=hidraulica+de+canales&printsec=frontcover&source=bl&ots=zT8uJTDz5k&sig=67qLawkgWd_02EgGA_dlPRtT_2A&hl=es&ei=pgbjScq3JYHCtwfpt5DCDA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=8



ANEXOS





Visita al canal de mampostería
























Vegetación del canal




















































Midiendo los elementos geométricos del canal