UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA

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1 UNIERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA CONSTRUCCION DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA LABORATORIO DE HIDRAULICA II PRACTICA # TEMA: DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING () DEL CANAL MODELO INTEGRANTES: NOTA: PROFESOR DE TEORIA PROFESOR DE PRACTICA FECHA DE REALIZACION FECHA DE ENTREGA : : : : Maagua, Nicaragua

2 INTRODUCCION. Co respecto a las dificultades de cálculo asociadas co el aálisis del flujo e caales abiertos, los igeieros, al tratar de hallar u método simple para los cálculos de descarga, ha desarrollado fórmulas para el caso e que la líea de eergía se supoe paralela a la pediete del fodo del caal. Raras veces la pediete del caal es uiforme e la aturaleza; la rugosidad y el área de la secció cambia etre ua y otra secció. Por lo tato resulta obvio que la aceleració o sea igual a cero e la práctica, pero el ahorro e las operacioes de cálculo, así como la elimiació de la icertidumbre asociada co la determiació de la verdadera descarga supuesta, hace que valga la pea utilizar este efoque. El flujo si aceleració i desaceleració se cooce como FLUJO NORMAL, que e caales abiertos se calcula por Q la fórmula de Chezy C * R * S A 8g Dode : C : Coeficiete de fricció * d Para flujo lamiar: y R e : iscosidad Ciemática R e C es el coeficiete de Chezy de resistecia del caal, u factor determiado experimetalmete. Basádose e u gra úmero de medicioes realizadas e el campo y e los caales de laboratorio, desde comiezos del siglo XIX, se determió el valor de C e uidades métricas como: C R e dode es el llamado coeficiete de Maig, u factor de resistecia que se refiere a las codicioes del caal. E uidades.8 iglesas la ecuació es: C R OBJETIOS:. Determiar experimetalmete el coeficiete de Maig del caal del laboratorio.. Familiarizar al estudiate co el experimeto. EQUIPOS Y MATERIALES. Caal Hidráulico. pesas de 5kg. Croómetro. Termómetro. Agua. Hidrómetros. 8

3 GENERALIDADES El Egieer Irladés Robert Maig propuso e 889 ua fórmula para calcular la velocidad media e u caal co flujo uiforme, la cual fue posteriormete modificada. R S0 Dode es el coeficiete de rugosidad de Maig, R es el radio hidráulico y S 0 es la pediete del fodo del caal. E esta práctica trataremos de determiar el coeficiete de Maig e u caal hidráulico de laboratorio represetado u caal artificial dode las rugosidades so coocidas. Es de gra importacia el coocimieto, de los elemetos geométricos de ua secció trasversal, so aquellas propiedades de la secció que puede ser defiidas completamete por la geometría de la secció y la profudidad del flujo, alguos elemetos so los siguietes: Profudidad del flujo (y). Elevació de la superficie del agua. Acho superficial (T). Perímetro mojado (P). Radio hidráulico (R). Profudidad hidráulica (D). Factor de secció para flujo crítico. Factor de secció para flujo uiforme. COEFICIENTE DE MANNING (). Es u factor de seguridad determiado experimetalmete solo para el agua. La ecuació de Maig co u valor costate de, es aplicable úicamete a flujos turbuletos completamete rugosos. U valor apropiado de, es ecesario teer u coocimieto cualitativo de los factores que afecta este valor, ya que e muchas situacioes aplicado, el valor (absoluto) de, es ua fució de muchas variables. FACTOR QUE AFECTAN EL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING. El valor de es ua variable y depede de ua catidad de factores, al seleccioar u valor adecuado de para diferetes codicioes de diseño, u coocimieto de estos factores debe ser cosiderado. Los factores que ejerce la más grade ifluecia sobre el coeficiete de rugosidad e ambos caales, artificial y atural so etoces descritos a cotiuació: a). Rugosidad de la Superficie. Se preseta por el tamaño y la forma de los graos del material que forma el perímetro mojado y que produce u efecto retardate sobre el flujo. La superficie rugosa del perímetro de u caal proporcioa u puto crítico de referecia e la estimació de. 9

4 Cuado el material del perímetro es fio el valor de es bajo y relativamete o es afectado por cambios e el tirate del flujo, si embargo, cuado el perímetro es compuesto de grava y/o piedras el valor de es mayor y puede variar sigificativamete co el tirate del flujo. b). Irregularidad del Caal. Comprede irregularidades e el perímetro mojado y variacioes e la secció trasversal, tamaño y forma a lo largo de la logitud del caal. E los caales aturales, tales irregularidades so itroducidas ormalmete debido a la presecia de barras de area, odas areosas, promotorias y depresioes, hoyos y relieves e el lecho del caal,. E las variacioes graduales tiee u efecto isigificate sobre, pero cambios abruptos mayor de, de lo que podría esperarse si se cosidera úicamete la superficie rugosa del caal. c). Obstrucció. La presecia de trocos, pilares de puetes y semejates tiede a aumetar, el moto del aumeto depede de la aturaleza de la obstrucció, su tamaño, forma, úmero y distribució. d). Nivel de agua y descarga. El valor, e la mayoría de las corrietes decrece co el aumeto e el ivel y e el caudal. Cuado el agua está baja las irregularidades del fodo del caal está expuestas y sus efectos se hace prouciados. Si embargo, el valor de, puede ser grade para iveles altos si los bacos so rugosos y co mucha vegetació. DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD MANNING. Co el objeto de proporcioar ua guía e la determiació apropiada, del coeficiete de rugosidad, se ombrará cuatro camios geerales.. Compreder los factores que afecta el valor de, y así adquirir u coocimieto básico del problema y reducir el acho campo de suposicioes.. Cosultar u cuadro de valores típicos, para caales de varios tipos.. Examiar y hacerse familiar co la aparició de alguos caales típicos cuyos coeficietes de rugosidad so coocidos.. Determiar el valor de, a través de u procedimieto aalítico basado sobre la distribució teórica de la velocidad e la secció trasversal del caal y sobre los datos de medidas de velocidad o de rugosidad. 0

5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Calibrar los hidrómetros.. Nivele el caal aproximádolo a ua pediete (S) que sea igual a cero.. Eceder el motor.. Llear co agua el depósito. 5. Determie el tiempo de lleado del taque recolector, a u peso determiado.. Determie el caudal. (Co el dato aterior). 7. Determiar la profudidad Y del tirate por medio de los hidrómetros co ua pediete horizotal e el puto dode estimamos el comportamieto de Movimieto Uiforme. 8. ariar la pediete del caal para medir los tirates. 9. Realice tres lecturas para cada pediete, utilizado el Hidrómetro, determiado luego el valor promedio. 0. Repetir los pasos 8 y 9 por lo meos uas 8 veces CALCULOS Y RESULTADOS. Para uestro caso, el coeficiete de rugosidad varía e el rago 0.0, Lo estimaremos partiedo del aálisis de las fórmulas de Chezy - Maig y Darcy - Weisbach. Sustituyedo C e : Despejado S. De Darcy - Weisbach. etoces S D g Sabemos que: R A P C * R * S (Chezy). hf L C (Maig). D D R R S * S Ecuació # hf D g D R L D g hf, pero S L

6 Sustituyedo D. S R g 8Rg Ecuació # Igualado la ecuacioes y, tedremos: R 8Rg Simplificado y despejado 8g Para el caal rectagular de laboratorio tedremos: R by Ecuació # 8g b y Como es fució de D y Re Q Q by * R * R D A A b y Qby Q e by( b y) b y b y Ecuació # 5 D R by by b y Ecuació # = 0.05 mm (Asumiedo como Rugosidad Absoluta). = f (Temperatura) Ecuació # Co las Ecuacioes:, 5 y podemos determiar el coeficiete de fricció.del diagrama de Moody. CUESTIONARIO.. A partir de los resultados obteidos graficar la relació que existe etre el coeficiete de Maig y la pediete del fodo del caal.. Iterpretar sus resultados.. Ivestigue tres métodos de evaluar el coeficiete de Maig.. Ivestigar el valor de C para caales co paredes de: Madera, Cocreto, Metal y Tierra Arcillosa. 5. Cuado la elocidad y la Profudidad Media aumeta, qué sucede co el úmero de Reyold?. Qué coeficiete de los ivestigados e la preguta se asemeja más al material de que está hecho el caal? 7. Qué valores de C y usaría usted para determiar los caudales teóricos e el caal hidráulico? 8. Platee sus coclusioes.

7 TABLA PARA LA TOMA DE DATOS EXPERIMENTALES No. S W(Kg) T(Seg) Y(mm) Ta Complete la siguiete tabla de Resultados No. N S Y Re /D