Hidráulica de canales

Transcripción

1 Laboratorio de idráulica Ing. David ernández uéramo Manual de prácticas idráulica de canales 5o semestre Autores: Guillermo Benjamín Pérez Morales Jesús Alberto Rodríguez Castro Jesús Martín Caballero Ulaje Jorge Leonel Angel urtado Juan Pablo Molina Aguilar Colaboradores: Alejandro Raúl Gutiérrez Obregón Elizabeth Pauline Carreño Alvarado éctor Rivas ernández Rukmini Espinosa Díaz

2 . PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN CANALES Objetivos El alumno reorzará mediante la observación y medición el concepto de pérdida de energía en conductos abiertos, que se presenta debida al paso de un determinado lujo (rozamiento de las partículas líquidas) con las paredes del conducto. Adicionalmente, comprenderá la utilidad y limitaciones del uso de los coeicientes 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 lujo no es uniorme, ya que en la supericie libre del agua se orman una serie de ondulaciones que a mayor velocidad del lujo tienden a incrementarse, siendo obvio que a mayor turbulencia se tenga mayor desorden y golpeteo de las dierentes 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 menor capacidad de conducción a pesar de tener la misma área de conducción, por lo que resulta importante deinir las pérdidas de energía por eecto de la ricción del agua con las paredes de los canales con la inalidad de determinar la capacidad de conducción. Deiniciones, órmulas y unidades a utilizar La ecuación que deine la pérdida de energía por ricción es la de Darcy-Weissbach, que para una tubería queda deinida por la velocidad del lujo V (m/s), la longitud de contacto entre el lujo y el conducto donde se presenta la ricción L y por una dimensión característica del conducto que es el diámetro D : h L D V g.

3 En el caso de un canal la dimensión característica es el radio hidráulico R y entonces se tendría: L V h. R g Sabiendo que: D A D R D P D R. Si se toma en cuenta que la pendiente del gradiente hidráulico es la pérdida de energía entre la longitud, es decir: h S. L Agrupando la aceleración de la gravedad g y el actor de ricción, se llega a la siguiente expresión: V C R S.5 Siendo: 8g C.6 Que es la ecuación de Chezy para lujo uniorme. La constante C ha sido deinida de distintas maneras según las condiciones de estudio y la aplicación. La más conocida es la orma en que Robert Manning la relacionó con el coeiciente de rugosidad n, dando como resultado la ecuación siguiente: V R S.7 n En las órmulas anteriores se tiene que: h = Pérdida de energía por ricción (m.c.a.) = Factor de ricción (sin dimensiones) g = aceleración de la gravedad (9.8 m/s ) S = Pendiente del ondo de canal, que en régimen establecido es igual a la pendiente del gradiente hidráulico (adimensional) R = Radio hidráulico.

4 Procedimiento. Previo a poner en uncionamiento el canal de lujo lento, en un tramo de longitud L, donde se vaya a realizar la práctica, se deberá de medir el ancho del ondo del canal, la altura del ondo a los hombros del canal y el ancho máximo del canal a la altura de los hombros, con la inalidad de deinir sus características geométricas, consignado sus valores en la tabla... Se pone a uncionar el canal y se deja que se estabilice con un determinado gasto, que se mide por medio del vertedor triangular al inal del canal y conorme a la órmula respectiva calcular posteriormente el gasto, consignado la carga sobre el vertedor y gasto calculado en la tabla... Se determina el tirante hidráulico con que está pasando el gasto, en cada uno de los extremos del tramo de canal seleccionado, por medio de los limnímetros consignado los valores en la tabla... Conorme a las características del canal y el tirante promedio entre ambas secciones, calcular el área hidráulica, el perímetro mojado y el radio hidráulico, consignando el primero y el último en la tabla.. 5. Calcular la velocidad media por continuidad, al dividir el gasto entre el área hidráulica y consignar su valor en la tabla.. 6. Tomando en cuenta que la pendiente del ondo del canal es de 0.000, calcular el coeiciente de rugosidad y las pérdidas de energía por ricción, consignando los valores calculados en la tabla.. 7. Se repite el ensayo a partir del paso número para otros tres gastos dierentes y se consignan sus resultados en la tabla.. Actividades. Comparar los valores promedio de n y obtenido en laboratorio con el propuesto por la literatura (para la comparación utilice concreto acabado con llana de madera).. Graicar tirante promedio versus n, y n versus gasto.. Explicar por que son dierentes los valores n calculados con respecto a los recomendados en la literatura especializada..

5 Características del tramo de canal. TABLA. Altura a los hombros: m Ancho del ondo del canal: m; Ancho del canal a la altura de los hombros: m; Distancia entre las secciones y : m. Cálculo del coeiciente de rugosidad. () Nº de ensayo () Carga en vertedor triangular h () Gasto Q () Tirante de agua sección (5) Tirante de agua sección (6) Tirante de agua promedio (7) Área hidráulica A (8) Perímetro mojado Pm (9) Radio hidráulico R (0) Velocidad media V () Factor de ricción () Coe. de rugosidad calculado () Pérdida de energía por ricción (m /s) (m ) (m/s) n (m.c.a.) Nombre del alumno: Matrícula:. Semestre: Sección: N de equipo: Laboratorista:.