Manual Hidraulica Cap5 p2

Ing. David

Hernndez Huramo

Laboratorio

de Hidrulica

Manual de prcticas

5 o s e m e s t r e

H i d r u l i c a d ec a n a l e s I

Guillermo Benjamn Prez MoralesJess Alberto Rodrguez CastroJess Martn Caballero UlajeJorge Leonel Angel HurtadoJuan Pablo Molina Aguilar

Alejandro Ral Gutirrez ObregnElizabeth Pauline Carreo AlvaradoHctor Rivas HernndezRukmini Espinosa Daz

Autores:

Colaboradores:

Laboratorio de Hidrulica Ing. David Hernndez Hueramo

Manual de Prcticas de Laboratorio Hidrulica de canales 5to Semestre

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2. PRDIDAS POR FRICCIN EN CANALES

Objetivos

El alumno reforzar mediante la observacin y medicin el concepto de prdida de energa en conductos abiertos, que se presenta debida al paso de un determinado flujo

(rozamiento de las partculas lquidas) con las paredes del conducto. Adicionalmente,

comprender la utilidad y limitaciones del uso de los coeficientes de rugosidad, por medio

de su clculo.

Aplicacin En la naturaleza al observar el paso de un caudal de agua por un cauce se puede apreciar

que el movimiento del flujo no es uniforme, ya que en la superficie libre del agua se forman

una serie de ondulaciones que a mayor velocidad del flujo tienden a incrementarse, siendo

obvio que a mayor turbulencia se tenga mayor desorden y golpeteo de las diferentes

partculas liquidas y por lo tanto se presenten mayores prdidas de energa y que se puede

traducir en el hecho de que no se tenga la misma capacidad de conduccin. De manera

similar si en un determinado conducto, como un canal, se incrementa la rugosidad de sus

paredes se tendr una mayor prdida de energa o menor capacidad de conduccin a pesar

de tener la misma rea de conduccin, por lo que resulta importante definir las prdidas de

energa por efecto de la friccin del agua con las paredes de los canales con la finalidad de

determinar la capacidad de conduccin.

Definiciones, frmulas y unidades a utilizar La ecuacin que define la prdida de energa por friccin es la de Darcy-Weissbach, que para una tubera queda definida por la velocidad del flujo V (m/s), la longitud de contacto entre el flujo y el conducto donde se presenta la friccin L (m) y por una dimensin caracterstica del conducto que es el dimetro D (m):

=g

VDLfhf

2

2

2.1



2

En el caso de un canal la dimensin caracterstica es el radio hidrulico RH (m) y entonces se tendra:

=

gV

RLfhf

H 24

2

2.2

Sabiendo que:

HH RDD

D

D

PAR 4

44

2

====

2.3

Si se toma en cuenta que la pendiente del gradiente hidrulico es la prdida de energa entre la longitud, es decir:

LhfS = 2.4

Agrupando la aceleracin de la gravedad g y el factor de friccin f, se llega a la siguiente expresin:

SRCV H= 2.5 Siendo:

fgC 8= 2.6

Que es la ecuacin de Chezy para flujo uniforme. La constante C ha sido definida de distintas maneras segn las condiciones de estudio y la aplicacin. La ms conocida es la forma en que Robert Manning la relacion con el coeficiente de rugosidad n, dando como resultado la ecuacin siguiente:

21

321 SR

nV H= 2.7

En las frmulas anteriores se tiene que:

hf = Prdida de energa por friccin (m.c.a.) f = Factor de friccin (sin dimensiones) g = aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2) S = Pendiente del fondo de canal, que en rgimen establecido es igual a la pendiente

del gradiente hidrulico (adimensional) RH = Radio hidrulico (m).



3

Procedimiento 1. Previo a poner en funcionamiento el canal de flujo lento, en un tramo de longitud L,

donde se vaya a realizar la prctica, se deber de medir el ancho del fondo del canal, la altura del fondo a los hombros del canal y el ancho mximo del canal a la altura de los hombros, con la finalidad de definir sus caractersticas geomtricas, consignado sus valores en la tabla 2.1.

2. Se pone a funcionar el canal y se deja que se estabilice con un determinado gasto, que se mide por medio del vertedor triangular al final del canal y conforme a la frmula respectiva calcular posteriormente el gasto, consignado la carga sobre el vertedor y gasto calculado en la tabla 2.1.

3. Se determina el tirante hidrulico con que est pasando el gasto, en cada uno de los extremos del tramo de canal seleccionado, por medio de los limnmetros consignado los valores en la tabla 2.1.

4. Conforme a las caractersticas del canal y el tirante promedio entre ambas secciones, calcular el rea hidrulica, el permetro mojado y el radio hidrulico, consignando el primero y el ltimo en la tabla 2.1.

5. Calcular la velocidad media por continuidad, al dividir el gasto entre el rea hidrulica y consignar su valor en la tabla 2.1.

6. Tomando en cuenta que la pendiente del fondo del canal es de 0.0001, calcular el coeficiente de rugosidad y las prdidas de energa por friccin, consignando los valores calculados en la tabla 2.1.

7. Se repite el ensayo a partir del paso nmero 2 para otros tres gastos diferentes y se consignan sus resultados en la tabla 2.1.

Actividades

1. Comparar los valores promedio de n y f obtenido en laboratorio con el propuesto por la literatura (para la comparacin utilice concreto acabado con llana de madera).

2. Graficar tirante promedio versus n, y n versus gasto. 3. Explicar por que son diferentes los valores n calculados con respecto a los

recomendados en la literatura especializada..



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TABLA 2.1

Caractersticas del tramo de canal.

Altura a los hombros: ___________ m;

Ancho del fondo del canal: __________ m;

Ancho del canal a la altura de los hombros: __________ m;

Distancia entre la seccin 1 y la seccin 2: ___________ m.

Clculo del coeficiente de rugosidad.

(1) N de

ensayo

(2) Carga en vertedor

triangular h

(m)

(3) Gasto

Q

(m3/s)

(4) Tirante de agua seccin

1

(m)

(5) Tirante de agua seccin

2

(m)

(6) Tirante de

agua promedio

(m)

(7) rea

hidrulicaA

(m2)

(8) Permetro mojado

Pm

(m)

(9) Radio

hidrulico RH

(m)

(10) Velocidad

media V

(m/s)

(11) Factor

de friccin

f

(12) Coef. de

rugosidad calculado

n

(13) Prdida

de energa

por friccin

(m.c.a.)

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