UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

http://dicyg.fi-c.unam.mx/~labhidraulica

Semestre 2013-1

L A B O R A T O R I O D E H I D R Á U L I C A OBRAS HIDRÁULICAS

PRÁCTICA 3

TANQUE AMORTIGUADOR

OBJETIVO Analizar el funcionamiento hidráulico de la obra de excedencias con tanque amortiguador. ANTECEDENTES Energía específica Flujo gradualmente variado Salto hidráulico Control del salto hidráulico a partir de un escalón ascendente Elementos constitutivos de una obra de excedencias DESARROLLO 1. Medir el nivel de la cresta NC, y el nivel del agua NSA en el

vertedor triangular, en m.

NC =__________m NSA =__________m 2. Identificar las secciones mostradas en la figura 1. Medir y

registrar en la tabla 1 el nivel de fondo Nf y de la superficie libre del agua NS, en m, en cada sección.

0.100.050.860.351.00

321BA

N f

Ns

Figura 1. Obra de excedencia con tanque amortiguador

Tabla 1. Tirantes en el tanque amortiguador

Sección Nf m

Ns m

y = Ns – Nf m

A B 1 2 3

MEMORIA DE CÁLCULO 1. Calcular el gasto Q, en m3/s, en el vertedor triangular

2/5hCQ =

donde h carga sobre el vertedor, en m, CSA NNh −=

C coeficiente de descarga del vertedor, en m1/2/s

KgC µθ

=

2tan2

158

g aceleración de la gravedad, 9.81 m/s2 θ ángulo en el vértice del vertedor triangular, 90° µ coeficiente de gasto, que depende de h y θ, según la

figura 7.9 de la referencia 1 y 3 K coeficiente que depende de B/h, según la figura 7.10 de

la referencia 1 y 3 B ancho del canal de aproximación, 1.16 m

2. Calcular el tirante yB, con el tirante medido yA, en m,

mediante el método estándar por pasos para flujo gradualmente variado.

( )2

0

1 Fr

SSxyy f

AB−

−∆+=

donde ∆x distancia entre las secciones A y B, 1 m.

S0 pendiente de la plantilla, 0.009

Fr número de Froude medio, 2

BA FrFrFr

+=

fS pendiente media de fricción media, 2

fBfAf

SSS

+=

gyVFr = ;

2

32

=

hf

AR

QnS

V velocidad media, en m/s V = Q/A A área hidráulica, en m2 A= b y b ancho del canal, 0.40m n coeficiente de rugosidad, 0.013 Rh radio hidráulico, en m Rh =A/P P perímetro mojado, en m P = b + 2 y

3. Diseñar la curva vertical de fondo entre las secciones B y 1,

con la ecuación de la curva parabólica vertical

θθ

22

2

cos2

6.3tan

+

+=

gVd

xxy

donde x, y coordenadas ortogonales referidas a la plantilla de

la sección B, en m. El eje y dirigido hacia abajo. θ ángulo de inclinación del canal antes de la caída,

0.5156° d tirante de diseño en la sección de despegue de la

caída, d = yB obtenido en el inciso 2, en m VB

2/2g carga de velocidad en la sección de despegue, en m

LABORATORIODE HIDRAULICA

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

http://dicyg.fi-c.unam.mx/~labhidraulica Semestre 2013-1

4. Obtener el tirante y1 en m, a partir de la ecuación de la energía entre las secciones B y 1, conocido yB. Considerar despreciables las pérdidas de energía.

1EEz BB =+∆

E energía específica, en m, 22

2

g2 byQyE +=

Bz∆ disnivel entre B y 1, en m, 1ffBB NNz −=∆ 5. Calcular el tirante conjugado mayor y2, en m, a partir de la

ecuación del salto hidráulico para una sección rectangular. Considerar el tirante obtenido en el inciso anterior como el conjugado menor del salto hidráulico.

−+= 181

22

11

2 Fry

y

6. Obtener la altura del escalón medida, Smed, en m.

23 ffmed NNS −=

7. Determinar el tirante en el canal de salida, y3, en m, con ayuda del diagrama experimental de Forster y Skrinde de la figura 2, con el tirante y1 obtenido en el inciso 4 y la altura del escalón medida, Smed.obtenida en el inciso anterior.

8. Calcular la altura del escalón, s en m, con ayuda del

diagrama experimental de Forster y Skrinde, con los tirantes medidos de las secciones 1 y 3.

9. Comparar la altura del escalón calculada en el inciso

anterior, con la altura medida del inciso 6. 10. Calcular la longitud del salto hidráulico Lj, con los tirantes

de la sección 3 y las alturas del escalón medido y calculado, de acuerdo con la expresión de Forster y Skrinde, y compararlas con la del tanque del laboratorio.

( )syL j += 35

Figura 2. Salto hidráulico antes de un escalón brusco ascendente referencia 2. Forster y Skrinde

11. Dibujar y acotar en un plano:

a) El perfil de plantilla de la obra de excedencias con tanque amortiguador en color negro

b) La superficie libre medida del agua, en color azul c) La superficie libre calculada del agua, en color verde

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Sotelo A., G. Hidráulica general, Vol. 1, México, Editorial

Limusa, 1990. 2. Sotelo A., G. Hidráulica de canales. México, Facultad de

Ingeniería, UNAM, 2002 3. http://dicyg.fi-c.unam.mx:8080/labhidraulica, Práctica 3

Vertedores, Laboratorio de Hidráulica Básica, 2013.

CUESTIONARIO 1. ¿Cuál es la función de una obra de excedencia? 2. ¿Qué función tiene un tanque amortiguador? 3. ¿Qué función tiene el escalón ascendente, al final del

tanque amortiguador? 4. ¿Cuál es la finalidad de analizar el perfil del agua en toda la

obra de excedencia? 5. ¿Cómo cambia el funcionamiento hidráulico de toda la obra

de excedencia (perfil del agua, carga de presión en el fondo y muros laterales, posición del salto hidráulico), cuando opera con un gasto menor al de diseño?