Flujo Uniforme Practica

HIDRAULICA A SUPERFICIE LIBRE.

FLUJO UNIFORME

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL CAMPUS I HIDRAULICA A SUPERFICIE LIBRE

NIVEL: LICENCIATURA. SEMESTRE: SEXTO

CLAVE: ICAF23002839 ELABORADO: MARZO/2014

PRACTICA 4. FLUJO UNIFORME. Objetivo

Identificar el flujo uniforme en un canal y analizar el efecto que la rugosidad de las paredes de la sección transversal tiene sobre la velocidad del flujo.

Introducción

Dentro del programa de estudios de Hidráulica de Canales (Hidráulica a Superficie Libre), se estudia un tema de mucha relevancia dentro del diseño de canales, el Flujo Uniforme. Recordemos que el flujo uniforme solo existe teóricamente, puesto que en la la vida práctica, en canales naturales y de laboratorio jamás encontraremos un flujo flujo uniforme como tal. Ésta práctica consta de las bases requeridas para el diseño correcto de canales, es decir, del análisis y comparación de resultados de las Ecuaciones de Chézy Chézy y Manning, con los datos obtenidos previamente de la práctica realizada en un canal artificial.

Resumen

Realice un resumen de acuerdo a sus resultados obtenidos y metodología utilizada.


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Marco Teórico:

Cuando el flujo se presenta en un canal abierto, el agua encuentra resistencia a medida que fluye aguas abajo. Esta resistencia por lo general es contrarrestada por las componentes de fuerzas gravitacionales que actúan sobre el cuerpo de agua en la dirección del movimiento, a esta zona se le conoce como zona transitoria (figura 26). Un flujo uniforme se desarrollará si la resistencia es balanceada por las fuerzas gravitacionales. El flujo uniforme se presenta cuando todas las secciones del canal tienen exactamente las mismas características hidráulicas. Para que este tipo de flujo se presente es necesario que la sección transversal sea constante, que su trazo sea recto y de una longitud suficiente para vencer la zona transitoria. En este tipo de flujo, el gradiente de energía, la superficie libre del agua y la pendiente del fondo del canal presentan líneas paralelas. En el flujo permanente, el tirante normal, la velocidad y el área hidráulica en cada sección transversal del canal, deben permanecer constantes en el tiempo y el espacio. Para el cálculo del flujo uniforme y permanente se emplean las fórmulas de Chezy (ecuación 31) y la de Manning (ecuación 34). El contacto entre el agua y los márgenes del canal causa una resistencia (fricción) que depende de la suavidad o aspereza del canal. En las corrientes naturales la cantidad de vegetación influye en la rugosidad al igual que cualquier otra irregularidad que genere.

Ecuación de Anto ine Chezy: Chezy:

Donde C = factor de resistencia de Chezy (ecuaciones 32 y 33, tabla 5) R = radio hidráulico, m S = pendiente del canal


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Estim ación del factor factor de resistenc ia de Chezy

Se han obtenido en forma experimental algunas ecuaciones que permiten estimar el valor de la C de Chezy, entre las más comunes se encuentran: ecuación d e Basin a) La ecuación . Propuesta por el francés H. Basin[2] en 1897, la cual es relativamente sencilla y donde el valor de C es función del radio hidráulico ( R), y de un coeficiente de rugosidad m , cuyos valores se dan en la tabla 5. La ecuación de Basin no es adimensional, debido a que tiene unidades de aceleración (longitud/tiempo2). Expresada en unidades métricas, esta ecuación se escribe como:

Tabla 5. Valores propuestos para el coeficiente

m

de Basin

Figura 26. Zona transitoria y flujo uniforme en un canal a superficie libre.


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b) Ecuación de Manning . Esta ecuación es de las más utilizadas por p or su sencillez, donde el coeficiente n se puede calcular a partir del tabla 6, y R el radio hidráulico. Originalmente fue obtenida a partir de ensayos hechos por Basin y verificados posteriormente por observaciones.

Esta ecuación es netamente empírica y fue presentada por primera ocasión por el ingeniero Irlandés Robert Manning en 1889. Es función del radio hidráulico (R), de la pendiente de la línea de energía (S) y del coeficiente de rugosidad n, conocido mundialmente como coeficiente n de Manning y cuyo valor puede ser usado en ambos sistemas de unidades (tabla 6). La ecuación en el sistema métrico de unidades se escribe.

De todas las ecuaciones de flujo uniforme, la ecuación de Manning es la más utilizadas para el cálculo de flujos en canales abiertos, debido a su sencillez y a los resultados satisfactorios que se obtienen con ella.


Tabla 6. Coeficiente de rugosidad de Manning de acuerdo a Chow.

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*De acuerdo a Chow. El valor de n es menor que el correspondiente a corrientes.


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Metodología

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Método de aplicación:

 Relacionar la teoría con la práctica.  Determinar empíricamente datos relacionados con conceptos como gasto, velocidad,

considerados a partir de un tirante constante.

 Establecer las condiciones adecuadas para el correcto uso del canal y la obtención de

resultados más precisos.

 Interpretación de resultados y conclusiones.

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Materiales.

a) Canal artificial armado con perfiles perfiles de acero y acrílico con sección media de ancho 9.0 cm y alto 20 cm y longitud de 5 metros, de pendiente variable. b) Bomba de motor con potencia 5 hp. c) Contenedor de 1.2m de lado y una altura de 0.40m. d) Nivel de mano. e) Reglas y flexometros. f) Cronómetro g) Transportador. h) Aforador hidráulico (si es necesario establecer el nivel) i) Recipiente volumétrico.


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Procedimiento.

Paso 1. Juntar los elementos necesarios para poder armar el canal artificial.

Los elementos necesarios para armar nuestro canal incluye un canal artificial, bomba, mangueras, contenedores volumétricos. Paso 2. Hacer la conexión de los accesorios. Se debe hacer una buena conexión para que no

haya fugas (perdidas de flujo). Paso 3. Nivelar el canal artificial o establecer una pendiente con ceros iniciales.

Colocar el canal a una pendiente cero inicial. Posteriormente calcular los ángulos para otras pendientes si el caso es diferente. Fórmula para calculo de pendiente: P= ∆H/L

En nuestro caso ∆H es igual a cero. Cuando la longitud es 5m la longitud puede variar si se

usa algún otro canal. Paso 3. Prender la bomba a una velocidad constante y establecer el flujo uniforme (hacer uso

del aforador si es necesario establecer un nivel del flujo) Paso 4. Regular el flujo con la llave de paso, para darle uniformidad al tirante si este no se

alcanza con el aforador. Paso 5. La práctica debe realizarse en equipos para analizar cada una de las secciones del

canal y sacar sus propios resultados. Además de los datos que se obtengan también se debe hacer uso de la fórmula de Manning y Chezy, con los cuales relacionamos la constante C, la rugosidad n; según el material donde pasa el flujo y los demás parámetros hidráulicos.


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RECOMENDACIONES:

No agregue el Marco Teórico al reporte de práctica, se ha hecho con la única finalidad de corroborar la práctica con la teoría vista en clase. Agregar: (1) (2) (3)

Conclusión de la práctica y resultados. Bibliografías. Anexo fotográfico.

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