Prácticas de Laboratorio de Hidráulica

Transcripción

1 Universidad Politécnica de Madrid E.T.S. Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos Prácticas de Laboratorio de Hidráulica Jaime García Palacios Francisco V. Laguna Peñuelas 2008

2 Índice general 11.Desagüe bajo compuerta Introducción Descripción del canal Objetivo de la práctica Ecuaciones que gobiernan el comportamiento de las compuertas Datos de entrada Resultados

3 Ejercicio práctico 11 Desagüe bajo compuerta Introducción En esta práctica se va a comparar el desagüe bajo compuerta medido de forma experimental con la figura teórica que aparece en el libro. En la figura 11.1 puede verse un esquema del comportamiento del agua en el caso de que aguas abajo de la compuerta se produzca un régimen rápido. Figura 11.1: Esquema del desagüe bajo compuerta cuando no está anegada Descripción del canal Una vista del canal puede verse en la figura A continuación se procede a la descripción de los diferentes elementos que forman el canal en el sentido de circulación del agua: Deposito de nivel constante, mantenido en función del número de canales funcionando conjuntamente con grupos de bombas de 10, 20 y 30 CV. Este tipo de depósito permite tener una altura de lámina de agua constante en el canal. Las bombas se alimentan del depósito situado bajo el suelo del laboratorio donde vierten los canales. 2

4 Objetivo de la práctica 3 Figura 11.2: Perspectiva del canal donde se realiza el ensayo de la curva de remanso Vertedero rectangular de pared delgada, alimentado del depósito de nivel constante, y dotado de un linmímetro previamente calibrado en función de la distancia al vertedero. La medida de la superficie libre en el linmímetro menos el valor calibrado de 9,75 cm resulta la altura de lámina de agua de vertido. Curva de calibración del vertido que expresa el espesor de lámina de vertido en centímetros frente al caudal de vertido en litros por segundo. Con esta curva y la medida anterior se obtiene el caudal en el canal. Esta curva puede verse en la figura 11.3 Canal de ensayos con las siguientes características: Longitud: Anchura: Altura: 7,50 m 30 cm 40 cm Pendiente: Variable, al ser un canal basculante que puede adoptar pendientes entre el 1,0 % y el 4,0 %. Esta práctica se realiza con pendiente del 0.0 % Caudal máximo: Otros elementos del canal son: 35 l/s Compuerta intermedia que permite el desagüe libre bajo la misma y que es regulable en altura. Ello permite generar el desagüe bajo compuerta que se pretende medir. Compuerta aguas abajo que no se utiliza en este ensayo Objetivo de la práctica El objetivo es determinar que la fórmula teórica dada para el desagüe bajo compuerta se cumple adecuadamente.

5 Ecuaciones que gobiernan el comportamiento de las compuertas 4 Figura 11.3: Curva de calibración del canal donde se realiza el ensayo Además podrán determinarse las velocidades tanto en régimen rápido como en lento y el número de Froude dado por: F 1 = V (11.1) gy1 siendo: V Velocidad en la sección considerada (m/s) g Gravedad de la tierra (m/s 2 ) Ecuaciones que gobiernan el comportamiento de las compuertas Las ecuaciones que gobiernan el desagüe libre bajo compuerta, necesarias para formar el régimen rápido, se obtienen aplicando la conservación del trinomio de Bernoulli (ecuación 11.2) y la ecuación de continuidad. y 1 + q2 q 2 2gy1 2 = C c a + 2g (C c a) 2 q2 = 2g (C cay 1 ) 2 (11.2) C c a + y 1 siendo: q Caudal desaguado por ancho unitario de canal (m 2 /s) y 1 Altura de la lámina de aguas arriba de la compuerta, pero no en el punto ( ) de parada donde se produce un ligero aumento del nivel a Apertura de la compuerta (m) C c Coeficiente de contracción (calado de salida de la compuerta / apertura). Este coeficiente es función de la geometría de la misma y en particular del ángulo de salida de la misma ( ) Esta relación se suele expresar en la literatura en función del coeficiente de desagüe C d como: q = C d a 2gy 1 (11.3)

6 Datos de entrada 5 Por lo que la relación entre el coeficiente de desagüe y el de contracción resulta: C d = C c 1 + C c a y 1 (11.4) El caudal (Q), se conoce mediante el linmímetro que mide la altura de agua de vertido y la correspondiente curva de calibración del canal. La velocidad, conocida la anchura del canal (b = 30 cm), puede determinarse mediante la ecuación: V = Q S = Q by (11.5) El caudal unitario será: q = Q b (11.6) La medida del calado aguas arriba de la compuerta se realiza mediante una escala situada sobre la pared de cristal del canal, por lo que es una medida directa (y 1 ), para determinar el calado en la contracción aguas abajo de la compuerta es necesario hacer dos medidas con el linmímetro. La primera de la solera del canal (L 0 ), y la segunda de la superficie libre (L 2 ). El calado (y 2 ) se obtiene como diferencia entre ambas. La apertura bajo compuerta (a) se mide de una forma un tanto rudimentaria, consistente en colocar una regla de medida, apoyada en el borde alto del canal junto a la compuerta, y medir cuando la compuerta se encuentra cerrada (a 0 ) y cuando se encuentra abierta (a 1 ). De nuevo será la diferencia entre ambas la que permita conocer la apertura bajo compuerta. El valor obtenido del coeficiente de contracción debe compararse con el obtenido en apartado 15.2 (página 269) del libro de Osuna. No debe utilizarse la figura en la página del libro de Hidráulica de Eduardo Martinez Marín por estar errado. También puede comprobarse que se cumple la relación de calados aguas arriba y aguas abajo de la compuerta dada por: y 1 = y 2 2 F1 2 1 (11.7) Se considerará el error relativo entre el coeficiente de contracción medido y el obtenido del libro, como la diferencia en valor absoluto entre ambas medidas, partido por la media entre ambas y por cien. err = Cc 1 Cc (11.8) Cc 1 + Cc Datos de entrada Los datos a recoger en la práctica, se rellenan en la tabla 11.1:

7 Resultados 6 Ensayo Q L 0 L 2 Y 1 a 0 a 1 (l/s) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) Resultados Tabla 11.1: Datos de entrada en el desagüe bajo compuerta Con estos datos se obtendrán los siguientes resultados en las unidades que se detallan referidos al canal: Apertura de compuerta a cm velocidad aguas arriba de la compuerta V 1 m/s velocidad aguas abajo de la compuerta V 2 m/s Número de Froude aguas arriba de la compuerta F 1 Número de Froude aguas abajo de la compuerta F 2 Coeficiente de desagüe C d Coeficiente de contracción en la práctica C c1 Coeficiente de contracción del libro C c2 Error relativo entre ambas medidas Err El valor del Coeficiente de Contracción medido en la práctica se obtendrá a partir de la apertura de compuerta y el calado medido en la contracción, tal y como puede verse en la figura Se comentará además, de forma breve, el porqué de la diferencia en el valor del coeficiente de contracción C c obtenido entre la medida y el valor teórico del libro. Comentarios que se desee añadir en relación a la práctica de desagüe bajo compuerta en canal de fondo constante.