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LABORATORIO DE HIDRÁULICA: FLUJO UNIFORME

STEVEN VELÁSQUEZ TRIGOS – 507181 LIZETH NATALIA VALERO MELO – 507379 YURI FERNANDA SIERRA SALINAS – 507402 JOHN SEBASTIÁN FAJARDO BECERRA – 507434

PRESENTADO A: ING. DIEGO ALEJANDRO PULGARÍN

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL ASIGNATURA HIDRÁULICA BOGOTA D.C 2019

INTRODUCCIÓN Uno de los temas básicos en el estudio del movimiento del agua en canales abiertos tiene que ver con el establecimiento del flujo uniforme en un canal. Son diversos los campos de la ingeniería hidráulica en donde tiene aplicación el flujo uniforme, algunos de estos son: distritos de riego, centrales hidroeléctricas, diseño de canales, entre otros. La presente práctica tiene como finalidad estudiar los principios básicos relacionados con el establecimiento del flujo uniforme en un canal a escala de laboratorio. A continuación, se presenta en detalle los aspectos principales a abordar en el desarrollo de la práctica.

MARCO TEÓRICO Según (Chanson, 2004) el equilibrio uniforme en un canal abierto es caracterizado por que la profundidad y la velocidad promedio en el canal son constantes, matemáticamente esto se expresa mediante las siguientes ecuaciones:

y=¿

∂y =0 ∂S Profundidad del flujo en el canal

∂V =0 ∂S

V =¿ Velocidad promedio del flujo en la sección transversal. S=¿ Coordenada en la dirección del flujo. El equilibrio del flujo en un canal abierto es comúnmente llamado “flujo uniforme” o “flujo normal”. Esta expresión no debe ser confundida con distribución uniforme de velocidades. La profundidad correspondiente al flujo uniforme en un canal particular es llamada profundidad normal o profundidad uniforme. Establecimiento del flujo uniforme Cuando el flujo sucede en un canal abierto, se encuentra resistencia por el agua según el flujo va aguas abajo. Esta resistencia se contrarresta generalmente por los componentes de las fuerzas de gravedad actuando sobre el cuerpo del agua, en la dirección del movimiento (Véase Error: Reference source not found). Un flujo uniforme se desarrollará si la resistencia es balanceada por las fuerzas de la gravedad. La magnitud de la resistencia, cuando otros factores físicos del canal se mantienen sin cambiar, depende de la velocidad del flujo, si el agua entra al canal lentamente la velocidad y la resistencia son pequeñas y la resistencia es balanceada por las fuerzas de la gravedad, resultando en un flujo acelerado aguas arriba. La velocidad y la resistencia gradualmente se incrementarán hasta que se alcance un balance entre las fuerzas de resistencia y las de gravedad. En ese momento de ahí en adelante el flujo se hace uniforme. (CHOW, 1994)

Establecimiento del flujo uniforme en un canal largo. Fuente:(CHOW, 1994). Ecuación de cálculo Para los cálculos hidráulicos la velocidad media de un flujo uniforme turbulento en canales abiertos por lo general se expresa aproximadamente por la llamada ecuación de flujo uniforme. La mayor parte de las ecuaciones prácticas de flujo uniforme puede expresarse de la siguiente manera (CHOW, 1994): V =C Rx S y V =¿

Velocidad media.

R=¿

Radio hidráulico.

x e y=¿ Exponentes. S=¿

Pendiente de la línea de energía.

C=¿

Factor de resistencia al flujo.

Ecuación de Chezy Esta ecuación fue introducida por ingeniero francés llamado Antoine Chezy, in 1768 mientras que diseñaba un canal para el sistema de abastecimiento de agua de Paris. Dicha ecuación se expresa así (Chaudry, 2008):

V =C √ R S0 V =¿

Velocidad media m/s.

R=¿

Radio hidráulico m.

S0=¿

Pendiente del fondo del canal (m/m).

C=¿

Coeficiente de rugosidad de Chezy.

En la derivación de la ecuación de Chezy se consideran las siguientes hipótesis: el flujo es estacionario, la pendiente del fondo del canal es pequeña y el canal es prismático. Ecuación de Manning Según (Henderson, 1966) en 1891 un ingeniero Francés llamado A. Flamant equivocadamente atribuyo esta conclusión al irlandés, R Manning . Dicha ecuación en el sistema internacional se expresa de la siguiente forma: 1 V = R 2/H 3 S10 /2 n V =¿

Velocidad media m/s.

R H =¿

Radio hidráulico m.

S0=¿

Pendiente del fondo del canal (m/m).

n=¿

Coeficiente de rugosidad de Manning.

RECURSOS UTILIZADOS     

Canal de pendiente variable Cronómetro para medir el caudal volumétrico Moldes de grava y acrílico para simular la rugosidad del canal Probeta graduada Limnimetro

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

DATOS Datos obtenidos en el laboratorio.

CÁLCULOS LECHO LISO 

Calculo del área, perímetro mojado, radio hidráulico, velocidad, coeficiente de Manning y Chezy (con ecuaciones de la guia)

Coeficiente de Manning(n)=

1 2/ 3 1 /2 R S V H 0

Coeficiente de Chezy (C )=

V √ R S0

Para hacer el %error de Manning, se tuvo en cuenta los valores del libro: hidráulica de canales abiertos de Ven Te Chow.

Para hacer el %error de Chezy, se tuvo en cuenta los valores del sitio web de la universidad de Sevilla: http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-yriegos/temario/Tema%204.%20Conducciones%20abiertas/page_08.htm

Manning

Chezy 0.009

Tabla de resultados

52

CÁLCULOS LECHO RUGOSO 

Calculo del área, perímetro mojado, radio hidráulico, velocidad, coeficiente de Manning y Chezy (con ecuaciones de la guia)

1 2/ 3 1 /2 R S V H 0 V Coeficiente de Chezy (C )= √ R S0

Coeficiente de Manning(n)=

Para hacer el %error de Manning, se tuvo en cuenta los valores del libro: hidráulica de canales abiertos de Ven Te Chow.

Para hacer el %error de Chezy, se tuvo en cuenta los valores del sitio web de la universidad de Sevilla: http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-yriegos/temario/Tema%204.%20Conducciones%20abiertas/page_08.htm

CONCLUSIONES

ANEXOS

BIBLIOGRAFÍA

http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema %204.%20Conducciones%20abiertas/page_08.htm Chanson, H. (2004). Hydraulics of open channel flow. Elsevier. Chaudry, M. H. (2008). Open-Channel Flow. South Carolina. CHOW, V. (1994). Hidráulica de canales abiertos. CALIFORNIA SPANISH BOOKS. Henderson, F. M. (1966). Open channel flow.