1. Facultad de Ingeniera
Carrera de Ingeniería Civil
Práctica de Laboratorio N° 2
RUGOSIDAD COMPUESTA EN CANALES.
Autor(es): Código:
Diaz Borda, Erick 1320997
Diaz Vasquez, Oscar Humberto 1411665
Docente:
Pérez Campomanes, Giovene
Curso:
Hidraúlica de Canales
Lima, 25 de abril del 2018
2. INTRODUCCIÓN
Con los conocimientos adquiridos en el curso de Hidraúlica de canales, podemos decir
que un canal puede ser compuesto o de material único, es decir, que pude ser hecho de
un material en la base y otro material en las paredes (taludes), o de un mismo material
tanto para la base como para las paredes, lo que genera una variación ligera pero
considerable en la rugosidad “n”, que es requisito para poder calcular el caudal teórico
mediante la ecuación de Manning. Para este laboratorio se realizaron tres pruebas, en las
que se alteró la rugosidad de la base mediante planchas de roca y plástico. Cabe resaltar
que los materiales de las planchas tienen una rugosidad normada, sin embargo, en
campo muchas de estas rugosidades están mescladas a lo largo del canal.
3. Figura 1, laboratorio 2 Hidraúlica de canales USIL
OBJETIVOS
Determinar el coeficiente de rugosidad de Manning para canales conformados por
dos o más materiales.
Calcular el valor de la rugosidad compuesta mediante el uso la fórmula de Horton
Einstein, y la velocidad teórica mediante la fórmula de Manning.
MARCO TEORICO
Un canal puede ser construido de modo que el fondo y las paredes tengan rugosidades
diferentes. Se dice entonces que la rugosidad es compuesta. Es decir, en canales
prismáticos, la rugosidad a lo largo del perímetro mojado puede ser diferente de una parte
a otra, sin embargo, la velocidad media puede ser calculada con las fórmulas de flujo
uniforme. Para utilizar la fórmula de Manning en este tipo decanales es necesario calcular
un coeficiente de rugosidad “n” equivalente para todo el perímetro. Para determinar un
coeficiente equivalente, el área mojada es dividida en Npartes (divisiones verticales) en
las cuales los perímetros mojados P1, P2, …, PN y los coeficientes de rugosidad n1, n2,
…, nN son conocidos. (Referencia 1, Canales con rugosidad compuesta)
Debido a que el nivel de cobertura del flujo depende de la geometría y a la rugosidad del
canal, no es posible de determinar el coeficiente de rugosidad “n” de forma directa o con
un simple promedio. Sin embargo, es posible obtener un coeficiente de rugosidad
equivalente en función al grado de cobertura, en este caso, del perímetro mojado. Lo dicho
anteriormente se logra mediante la fórmula de Horton – Einstein. (Referencia2, Usil lab
2)
La Figura 1, nos muestra los valores para el A, P, R y T de secciones típicas de canale1s.
4. MARCO METOLOGICO
1. Lectura del caudal experimental.
Se asignó un caudal para el ensayo, que fue medido a través del equipo del
laboratorio.
2. Lectura del tirante
Se midió un tirante “y”, la cual generó una velocidad para dicha sección.
3. El procedimiento se repitió 4 veces, con diferentes tirantes “y”, el mismo caudal
y diferente velocidad experimental.
Imagen 1, medición del caudal
experimental, fuente: propia
Imagen 2, medición de la velocidad
experimental, fuente: propia
5. Imagen 3, plancha de roca,
fuente: propia
Imagen 4, plancha ondulada
de plástico, fuente: propia
4. Para los siguientes ensayos se hizo un cambió de rugosidad en la base, a través
de planchas de roca y plástico y se hizo el mismo procedimiento 1, 2 y 3.
5. Con los valores obtenidos se calculó la rugosidad equivalente “n equivalente”
mediante la fórmula de Horton-Einstein.
6. Se calculó la velocidad teórica con la fórmula de Manning, luego se compara
con la velocidad experimental.
RESULTADOS
Las fórmulas utilizadas en este laboratorio son las siguientes:
𝑣 = 𝑅2/3
∗ 𝑆
1
2/𝑛𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒
𝑛𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = (
∑ (𝑃𝑖 ∗ 𝑛𝑖
1.5
)𝑛
𝑖−1
∑ 𝑃𝑖𝑛
𝑖=1
)
2
3
Cálculo de neq para condiciones iniciales, el n de la base es el n del material
de la base del tanque de descarga del laboratorio.
Rugosidad equivalente para condiciones normales
Q(m^3/h) Vreal(m/s) Yn(m) A(m^2) P(m) Vteo(m/s) Sf n vidrio n base n eq
0,01138889 0,170 0,29 0,087 0,88 0,131 0,001 0,01 0,011 0,01034631
0,01138889 0,220 0,24 0,072 0,78 0,158 0,001 0,01 0,011 0,01039029
0,01138889 0,240 0,19 0,057 0,68 0,200 0,001 0,01 0,011 0,01044707
0,01138889 0,320 0,14 0,042 0,58 0,271 0,001 0,01 0,011 0,01052318
Cuadro 1, elaboración propia
6. Se puede observar que para la velocidad teórica tiene un comportamiento casi lineal, en
el que resalta que a menor tirante la velocidad es mayor, sin embargo, con la velocidad
real es difícil definir su comportamiento, ya que para el segundo tirante y tercer tirante
no hay mucha diferencia de velocidad. Análisis de datos 1
Cálculo de neq para un canal rectangular con base rocosa.
Q(m^3/h) Vreal(m/s) Yn(m) A(m^2) Ptot(m) Vteo(m/s) Sf n vidrio n base roca n eq
0,01138889 0,15 0,29 0,087 0,88 0,13090677 0,001 0,01 0,02 0,01381245
0,01138889 0,17 0,24 0,072 0,78 0,15817901 0,001 0,01 0,02 0,01426212
0,01138889 0,22 0,19 0,057 0,68 0,19980507 0,001 0,01 0,02 0,01483374
0,01138889 0,24 0,14 0,042 0,58 0,27116402 0,001 0,01 0,02 0,01558558
Gráfico 1, elaboración propia
Cuadro 2, elaboración propia
7. A medida que el tirante va disminuyendo, el neq va aumentado, esto se debe a que el
perímetro mojado de las paredes va disminuyendo, y como el n del vidrio es menor al n
de la roca, este va aumentando su valor acercándose cada vez más al n de la roca.
También se observa un punto en el que la velocidad teórica es mayor que la velocidad
relativa, esto se debe a una mala manipulación del instrumento, ya que estos son
demasiado sensibles. Análisis de datos 2
Cálculo de neq para un canal rectangular con base de plástico ondulado.
Q(m^3/h) Yn(m) Vreal(m/s) A(m^2) Ptot(m) Vteo(m/s) Sf n vidrio n plastico n eq
0,01138889 0,29 0,16 0,087 0,88 0,13090677 0,001 0,01 0,009 0,00966494
0,01138889 0,24 0,19 0,072 0,78 0,15817901 0,001 0,01 0,009 0,00962156
0,01138889 0,19 0,24 0,057 0,68 0,19980507 0,001 0,01 0,009 0,00956528
0,01138889 0,14 0,3 0,042 0,58 0,27116402 0,001 0,01 0,009 0,00948934
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
Velocidad(m/s)
Tirante (m)
Velocidades teoricas y reales
respecto al tirante
Vreal(m/s)
Vteo(m/s)
Gráfico 2, elaboración propia
Cuadro 3, elaboración propia
8. En este ensayo se observa un comportamiento lineal, tanto en la velocidad real como en
la velocidad teórica, con respecto al neq, a pesar de que el tirante disminuye, el
perímetro mojado de las paredes también, el neq va disminuyendo, esto se debe a que el
n del plástico ondulado es menor al n del vidrio. Análisis de datos 3
CONCLUSIONES
Los ensayos 1 y 3 fueron realizados de manera correcta y eficiente.
El ensayo 2 tuvo una ligera distorsión con respecto al cálculo de la velocidad
real, eso generó que para la primera medición la velocidad real sea menor a la
velocidad teórica, todo lo opuesto a los otros tres puntos.
Según los cálculos del nreq, se puede afirmar que, si el n de la base es mayor al
n del vidrio, el nreq aumentará a medida que el tirante disminuya.
El nreq disminuirá en caso de que el n de la base sea menor a medida que el
tirante disminuya.
Las velocidades reales son mayores a las velocidades teóricas.
RECOMENDACIONES
Hacer mantenimiento continuo al canal de descarga y a las planchas de
rugosidad.
Ser sensible y cuidadoso con las llaves de caudal, ya que es uno de los factores
para medir la velocidad real y teórica.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
Velocidad(m/s)
Tirante (m)
Velocidades teoricas y reales
respecto al tirante
Vreal(m/s)
Vteo(m/s)
Gráfico 3, elaboración propia
9. Tener cuidado al momento de manipular la boca del canal, ya que ésta
disminuye el tirante.
Ser cuidadosos y paciente al momento de medir el tirante, ya que después del
cambio de sección del canal, le toma un poco de tiempo estabilizarse y el tirante
oscila entre valores, por lo tanto, para ser más preciso se toma el valor medio de
dicha oscilación.
BIBLIOGRAFIA
Diapositivas del curso de Hidraúlica de Canales (laboratorio 2)
Handbook of Applied Hydraulics. Library of Congress Catalog Card Number 67-25809.
http://www.cuevadelcivil.com/2011/05/perdidas-por-cambio-de-direccion.html
Universidad del Cauca, Departamento de Hidráulica - II.1. Práctica - Estudio y
Patronamiento de vertederos.
Chow, V. T. (1994). Hidráulica de Canales Abiertos. Bogotá - Colombia: Mc GRAW -
HILL INTEROAMERICANA S.A.
