Hidrologia

Laboratorio de Hidráulica Ing. David Hernández Huéramo

Manual de prácticas

Hidráulica de canales
5o semestre

Autores: Guillermo Benjamín Pérez Morales Jesús Alberto Rodríguez Castro Jesús Martín Caballero Ulaje Jorge Leonel Angel Hurtado Juan Pablo Molina Aguilar Colaboradores: Alejandro Raúl Gutiérrez Obregón Elizabeth Pauline Carreño Alvarado Héctor Rivas Hernández Rukmini EspinosaDíaz

UMSNH – Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Hidráulica “Ing. David Hernández Hueramo”

2. PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN CANALES
Objetivos  El alumno reforzará mediante la observación y medición el concepto de pérdida de energía en conductos abiertos, que se presenta debida al paso de un determinado flujo (rozamiento de las partículas líquidas) con las paredes del conducto.Adicionalmente, comprenderá la utilidad y limitaciones del uso de los coeficientes de rugosidad, por medio de su cálculo.

Aplicación 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, siendoobvio que a mayor turbulencia se tenga mayor desorden y golpeteo de las diferentes partículas liquidas y por lo tanto se presenten mayores pérdidas de energía y que se puede traducir en el hecho de que no se tenga la misma capacidad de conducción. De manera similar si en un determinado conducto, como un canal, se incrementa la rugosidad de sus paredes se tendrá una mayor pérdida de energía o menorcapacidad de conducción a pesar de tener la misma área de conducción, por lo que resulta importante definir las pérdidas de energía por efecto de la fricción del agua con las paredes de los canales con la finalidad de determinar la capacidad de conducción.

Definiciones, fórmulas y unidades a utilizar La ecuación que define la pérdida de energía por fricción es la de Darcy-Weissbach, que para unatubería queda definida por la velocidad del flujo V (m/s), la longitud de contacto entre el flujo y el conducto donde se presenta la fricción L (m) y por una dimensión característica del conducto que es el diámetro D (m):
2  L  V   hf  f      D  2 g 

2.1

1

Manual de Prácticas de Laboratorio Hidráulica de canales 5to Semestre

UMSNH – Facultad de Ingeniería CivilLaboratorio de Hidráulica “Ing. David Hernández Hueramo”

En el caso de un canal la dimensión característica es el radio hidráulico RH (m) y entonces se tendría:

 L hf  f   4R  H
Sabiendo que:

 V 2     2 g   

2.2

D 2
RH  A D  4   D  4RH P D 4
2.3

Si se toma en cuenta que la pendiente del gradiente hidráulico es la pérdida de energía entre la longitud, esdecir:

S

hf L

2.4

Agrupando la aceleración de la gravedad g y el factor de fricción f, se llega a la siguiente expresión: 2.5 V  C RH S Siendo:

C

8g f

2.6

Que es la ecuación de Chezy para flujo uniforme. La constante C ha sido definida de distintas maneras según las condiciones de estudio y la aplicación. La más conocida es la forma en que Robert Manning la relacionó con elcoeficiente de rugosidad n, dando como resultado la ecuación siguiente:

1 3 V  RH S 2 n
En las fórmulas anteriores se tiene que:

2

1

2.7

hf = Pérdida de energía por fricción (m.c.a.) f = Factor de fricción (sin dimensiones) g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) S = Pendiente del fondo de canal, que en régimen establecido es igual a la pendiente del gradiente hidráulico(adimensional) RH = Radio hidráulico (m).

2

Manual de Prácticas de Laboratorio Hidráulica de canales 5to Semestre

UMSNH – Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Hidráulica “Ing. David Hernández Hueramo”

Procedimiento 1. Previo a poner en funcionamiento el canal de flujo lento, en un tramo de longitud L, donde se vaya a realizar la práctica, se deberá de medir el ancho del fondo del...