Escuela Politcnica Nacional

Facultad de Ingeniera Civil y Ambiental

Ingeniera civil

Laboratorio de hidrulica iI

Practica n 1FLUJO EN CANALES ABIERTOS.

Semestre: 21014-B

Grupo: MIERCOLES

Horario: 13-15 pm

Nombre: CRISTIAN GUAYADANIEL GUIJARROEDISON GARFALO .

Fecha de realizacin:2014-11-12

Fecha de entrega:

2014-11-19

Practica n 1

1.-Tema:

FLUJO EN CANALES ABIERTOS.

2.- INTRODUCCION:

En este informe nos ayuda a conprender el flujo uniforme y sus diferentes regmenes, tambin entenderemos las diferentes variables que intervienen as como sus coeficientes y sus importancia en la hidraulica. Entendiendo que es muy importante en el mbito ingenieril para el clculo de canales tener todos estos criterios muy claros y saber diferenciarlos, a travs de los proceso realizados en el laboratorio que nos permitir calcular el valor de c y n segn los c onceptos de varios autores como Mannig y Chezy.

3.- Objetivos:

Visualizar las caractersticas fsicas del flujo uniforme con rgimen supercrtico, crtico y subcrtico.

Identificar un flujo uniforme en canales.

Entender y establecer diferencias entre flujo crtico, suscritico y supercrtico.

Determinar el coeficiente de rugosidad a travs de los datos obtenidos.

Determinar el esfuerzo cortante para cada una de regmenes establecidos de acuerdo a su pendiente.

Obtener la curva de energa especifica.

4.-MARCO TEORICO

Condiciones para tener flujo uniforme: Por definicin, el flujo uniforme se presenta cuando:

El caudal, la velocidad, el calado y el rea hidrulica se mantienen constantes en cada seccin. La lnea de energa, la superficie libre de agua y el fondo del canal son paralelas, es decir, tienen la misma pendiente. Para considerar la posibilidad de flujo uniforme la pendiente del canal no debe ser excesivamente grande (La pendiente I = 0.14).

Coeficientes de Rugosidad:

1) Gauckler-Manning-Stickler:

Dnde:

V = Velocidad [m/s]n = Coeficiente de RugosidadR = Radio Hidrulico [m]I = Pendiente de la Lnea de Energa [adimensional]2) Antoine de Chzy:La frmula de Chzy, desarrollada por el ingeniero francs Antoine de Chzy, conocido internacionalmente por su contribucin a la hidrulica de los canales abiertos, es la primera frmula de friccin que se conoce. Fue presentada en 1769. La frmula permite obtener la velocidad media en la seccin de un canal y establece que:

Dnde:V = velocidad media del agua en m/sR = radio hidrulicoS = la pendiente longitudinal de la solera o fondo del canal en m/mC = coeficiente de Chzy. Una de las posibles formulaciones de este coeficiente se debe a Bazin

3) Hazen Williams:

Dnde:V = Velocidad [m/s]C= Coeficiente de Hazen-WlliamsR = Radio Hidrulico [m]I = Pendiente de la Lnea de Energa [adimensional]

Energa Especfica:

Es la energa del flujo en una seccin determinada tomando como plano de referencia el fondo del cana (z = 0).

Donde tenemos que z = 0 por tomar el plano de referencia el fondo del canal y = 1. Entonces nos queda:

Donde y el caudal especfico y B es el ancho del canal. Tenemos:

Curva Energa especfica vs Calado:

En el grfico tenemos que yc representa el calado crtico o el punto donde la energa especfica es mnima. En la zona superior de la curva o zona 1 el flujo es subcrtico. En la zona inferior de la curva o zona 2 el flujo es supercrtico.

5.- PROCESAMIENTO DE DATOSMediante las formulas dadas a conocer mediante el instructivo de laboratorio se procedio al desarrollo de el procesamiento de datos.Gauckler-Manning-Strickler:

(1)Donde:

V : Velocidad [m/s]n : Coeficiente de Rugosidad Rh: Radio Hidrulico [m]Ie : Pendiente de la Lnea de Energa [adimensional]Chzy:

(2)

El esfuerzo cortante en el fondo del canal est dado por:

(3)Energa especifica.

(4)

Escuela Politcnica NacionalFacultad de Ingeniera Civil y AmbientalLaboratorio de hidrulica ii

Determina el valor de n y de c con la ecuaciones 1 y 2 respectivamente.Pendiente del canal IsAbscisa [m]Calado Y [m]h [m]Caudal Q [m3/s]Velocidad V [m/s] V2/2g [m]Rh [m]Cn [kg/m2]

H [m]

R. subcritico0.0380.007064

0.001900.060.0380.0070640.294320.0044150.0644150.0461531.42940.0190560.8603

0.00190.20.060.0380.0070640.294320.0044150.0644150.0461531.42940.0190560.8603

0.00190.40.060.0380.0070640.294320.0044150.0644150.0461531.42940.0190560.8603

0.00190.60.060.0380.0070640.294320.0044150.0644150.0461531.42940.0190560.8603

0.00190.80.0580.0380.0070640.304470.0047250.0627250.0449632.94160.0181020.8380

0.001910.0570.0380.0070640.309810.0048920.0618920.0443633.74670.0176300.8268

0.00191.20.0560.0380.0070640.315340.0050680.0610680.0437534.58710.0171630.8155

0.00191.40.0560.0380.0070640.315340.0050680.0610680.0437534.58710.0171630.8155

0.00191.60.0560.0380.0070640.315340.0050680.0610680.0437534.58710.0171630.8155

0.00191.80.0540.0380.0070640.327020.0054510.0594510.0425236.38330.0162380.7925

0.001920.05350.0380.0070640.330080.0055530.0590530.0422136.85830.0160090.7867

R. supercritico

0.007600.0270.0380.0070640.654040.0218030.0488030.0237948.64230.0110251.7736

0.00760.20.0270.0380.0070640.654040.0218030.0488030.0237948.64230.0110251.7736

0.00760.40.0280.0380.0070640.630680.0202730.0482730.0245646.16120.0116801.8312

0.00760.60.0270.0380.0070640.654040.0218030.0488030.0237948.64230.0110251.7736

0.00760.80.0260.0380.0070640.679200.0235120.0495120.0230151.36180.0103831.7154

0.007610.0270.0380.0070640.654040.0218030.0488030.0237948.64230.0110251.7736

0.00761.20.0270.0380.0070640.654040.0218030.0488030.0237948.64230.0110251.7736

0.00761.40.0260.0380.0070640.679200.0235120.0495120.0230151.36180.0103831.7154

0.00761.60.0260.0380.0070640.679200.0235120.0495120.0230151.36180.0103831.7154

0.00761.80.0250.0380.0070640.706360.0254310.0504310.0222254.35350.0097551.6568

0.007620.0250.0380.0070640.706360.0254310.0504310.0222254.35350.0097551.6568

Grafica de la lnea de energa.

Rgimen subcritico.

Pendiente de la lnea de energa = 0.0026 0.0019 IeIo PENDIENTES DEL CANAL Y LINEA DE ENERGIA SIMILARES.Rgimen supercrtico.

Pendiente de la lnea de energia= 0.0008 0.0076

Curva energa especifica.

HmmYcc

Vc0.55746

Yc0.03168

Hmm0.04752

6 .- CONSULTA AMPLIATORIA.1.Hacer un anlisis dimensional de los coeficientes C y n de Chzy y de Manning. Tienen o no unidades estos coeficientes, cules son?

Lafrmula de Manning es una evolucin de lafrmula de Chzypara el clculo de la velocidad del agua encanales abiertosy tuberas, propuesta por el ingeniero irlandsRobert Manning, en 1889:

1. Manning

2. ChzyV: Velocidad [m/s]n: Coeficiente de Rugosidad Rh: Radio Hidrulico [m]Ie : Pendiente de la Lnea de Energa [a dimensional]C: Coeficiente de Chezy.Del anlisis dimensional de esta ecuacin podemos observar que el coeficiente de rugosidad tiene dimensin T*L^ (-1/3).Del anlisis dimensional de la ecuacin de Chezy C tiene dimensin T*L^ (-1/2).

2. Indicar las ventajas de expresar las ecuaciones usadas en hidrulica, en forma adimensional. Analizar con mayor facilidad el objeto de estudio. Trabajar de una forma ms sencilla con los problemas que intervienen una gran cantidad de variables. Nos ayudan con formulas experimentales empricas para problemas complejos.

3. Qu factores afectan al coeficiente de rugosidad de Manning?

El valor denes muy variable y depende de una cantidad de factores. Rugosidad de la superficieSe representa por el tamao y la forma de los granos del material que forma el permetro mojado y que producen un efecto retardante sobre el flujo. En general, los granos finos resultan en un valor relativamente bajo deny los granos gruesos dan lugar a un valor alto den. VegetacinPuede ser vista como una clase de rugosidad superficial. Este efecto depende principalmente de la altura, densidad, distribucin y tipo de vegetacin, y es muy importante en el diseo de canales pequeos de drenaje, ya que por lo comn stos no reciben mantenimiento regular. Irregularidad del canalSe refiere a las variaciones en las secciones transversales de los canales, su forma y su permetro mojado a lo largo de su eje longitudinal. En general, un cambio gradual y uniforme en la seccin transversal o en su tamao y forma no produce efectos apreciables en el valor den, pero cambios abruptos o alteraciones de secciones pequeas y grandes requieren el uso de un valor grande den. Alineamiento del canalCurvas suaves con radios grandes producirn valores denrelativamente bajos, en tanto que curvas bruscas con meandros severos incrementarn eln. Sedimentacin y erosinEn general la sedimentacin y erosin activa, dan variaciones al canal que ocasionan un incremento en el valor de n ObstruccinLa presencia de obstrucciones tales como troncos de rbol, deshechos de flujos, atascamientos, pueden tener un impacto significativo sobre el valor den. El grado de los efectosde tale obstrucciones dependen del nmero y tamao de ellas.

7.- CONCLUSIONES8.- RECOMENDACIONES9.- BIBLIOGRAFIA FRENCH, RICHARD H. Hidrulica de canales abiertos. http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_energ%C3%ADa_(hidr%C3%A1ulica HIDRAULICA DE CANALES ABIERTOS, Ven Te Chow FACTORES QUE AFECTAN AL COEFICIENTE D E RUGOSIDAD DE MANNING, fluidos.eia.edu.co