Laboratorio de manning y chezy PDF

Preview

Summary

Download Laboratorio de manning y chezy PDF

Description

HIDRÁULICA DE CANALES E HIDRÁULICA DE TUBERÍAS

Presentado Por: Jose Heli Díaz González Manuel Enrique Lamprea González Jickson Ernesto Quintero Cardenas Richard Esneyder Silva Rocha Diego Armando Vega Ramirez Yerson Rojas Rincón

Presentado a: Ing. Lilia Matilde Montenegro

Corporación Universitaria Minuto de Dios Facultad de Ingeniería Ingeniería Civil VII Semestre

324UIA METODOLOGICA PARA EL ESTUDIO DE LA VELOCIDAD MEDIA DE FLUJO MEDIANTE LA ECUACION DE MANNING Y CHEZY

1. INTRODUCCION En la práctica realizada sobre manning y chezy, se determinó que el uso de los recursos hidráulicos ha jugado un papel preponderante en el desarrollo de las sociedades; tan es así, que las grandes civilizaciones han florecido a las orillas de los grandes ríos. En la Ingeniería moderna, los proyectos para cubrir las demandas de agua, requieren de estudios hidrológicos e hidráulicos, donde la determinación del caudal es una necesidad. El caudal se puede medir directamente o estimar mediante procedimientos indirectos. Uno de los métodos más conocidos y de aplicación universal para estimar el caudal es la Ecuación de Manning y chezy, las cuales se fundamenta en los parámetros de la sección hidráulica de la estructura de conducción y en la rugosidad de dicha sección.

2. OBJETIVO GENERAL  Determinar experimentalmente en el laboratorio la velocidad media del flujo mediante la ecuación de Maning y Chezy usando diferentes tipos de superficies en un canal abierto tamaño escala hecho en acrílico. 2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Determinar valores típicos del coeficiente de Maning y Chezy y compararlos con los expuestos en la teoría.  Observar la variación de los resultados por ambo métodos.

3. JUSTIFICACIÓN El presente informe se realiza con el fin de aplicar los conocimientos adquiridos durante el desarrollo de la catedra manejo de aguas basado en el tema de la ecuación de resalto hidráulico, haciendo una comparación entre la teoría vista y el desarrollo de cada uno de los experimentos con el fin de comparar la veracidad de la información consultada.

4. VARIABLE UTILIZADAS MANNING Y CHEZY

 Calculo del Caudal Q por el Método Volumétrico: V Donde: Q= T  Q: Caudal en (m³/s)  V: Volumen en (m³)  T: Tiempo en (s)  Calculo del Área mojada en el Canal de Sección Rectangular Donde: A . mojada=b x y  A: Área en (m²).  b: Ancho de la sección transversal del canal o también conocido como ancho superficial en (m).  Y: Profundidad del agua medida desde la lámina hasta la superficie del fondo rugoso.  Calculo del Radio Hidráulico “RH” El radio hidráulico se debe determinar Am mediante la siguiente formula Donde: Radio Hidraulico= Pm  RH: Radio hidráulico en (m).  Am: Área mojada en (m²).  Pm: Perímetro mojado en (m).  Calculo de la Pendiente “S (%)” H −H 2 Donde Pendiente S ( % )= 1 x 100 X  S%: Pendiente o inclinación del canal de acrílico.  H1: Altura medida desde el piso hasta el canal en el apoyo 1.  H2: Altura medida desde el piso hasta el canal en el apoyo 2  X: Distancia medida entre las dos alturas.  Calculo de la Velocidad Media del Flujo Mediante la Ecuación de ChezyDonde 1

Velocidad de Chezy=CCH x (R H x S) 2  V: Velocidad media del flujo en (m/s).  CCH: Coeficiente a dimensional de Chezy  RH: Radio hidráulico en (m).  S%: Pendiente o inclinación del canal.

 Calculo del Coeficiente de Chezy Mediante la Ecuación de Velocidad V Donde CCH = √ (R H x S)  CCH: Coeficiente a dimensional de Chezy  V: Velocidad media del flujo en (m/s).  RH: Radio hidráulico en (m).  S%: Pendiente o inclinación del canal.   Calculo de la Velocidad Media del Flujo Mediante la Ecuación de Maning 1 2/ 3 1/ 2 Donde V = x RH x S n

   

V: Velocidad media del flujo en (m/s). RH: Radio hidráulico en (m). S%: Pendiente o inclinación del canal. n: Coeficiente a dimensional de Maning 5. MARCO TEORICO

ANTECEDENTES En el año 1889, el ingeniero irlandés Robert Manning, presentó por primera vez la ecuación durante la lectura de un artículo en una reunión del Institute of Civil Engineers de Irlanda. El artículo fue publicado más adelante en Transactions, del Instituto. La ecuación en principio fue dada en una forma complicada y luego simplificada a V = C*R2/3*S1/2, donde V es la velocidad media, C el factor de resistencia al flujo, R el radio hidráulico y S la pendiente. Esta fue modificada posteriormente por otros y expresada en unidades métricas como V = (1/n)*R2/3*S1/2 (siendo n el coeficiente de rugosidad Manning). Más tarde, fue convertida otra vez en unidades inglesas, resultando en V = (1.486/n)*R2/3*S1/2. La ecuación de Manning es el resultado del proceso de un ajuste de curvas, y por tanto es completamente empírica en su naturaleza. Debido a su simplicidad de forma y a los resultados satisfactorios que arroja para aplicaciones prácticas, la fórmula Manning se ha hecho la más usada de todas las fórmulas de flujo uniforme para cálculos de escurrimiento en canal abierto. La fórmula Manning fue sugerida para uso internacional por Lindquist en el Scandinavia Sectional Meeting del World Power Conference en 1933, en Stockolmo. CONCEPTOS APLICADOS El valor de n es muy variable y depende de una cantidad de factores. Al seleccionar un valor adecuado de n para diferentes condiciones de diseño, un conocimiento básico de estos factores debe ser considerado de gran utilidad.  Rugosidad de la superficie Se representa por el tamaño y la forma de los granos del material que forma el perímetro mojado y que producen un efecto retardan te sobre el flujo. En general, los granos finos resultan en un valor relativamente bajo de n y los granos gruesos dan lugar a un valor alto de n.  Vegetación Puede ser vista como una clase de rugosidad superficial. Este efecto depende principalmente de la altura, densidad, distribución y tipo de vegetación, y es muy importante en el diseño de canales pequeños de drenaje, ya que por lo común éstos no reciben mantenimiento regular.  Irregularidad del canal Se refiere a las variaciones en las secciones transversales de los canales, su forma y su perímetro mojado a lo largo de su eje longitudinal.  Alineamiento del canal Curvas suaves con radios grandes producirán valores de n relativamente bajos, en tanto que curvas bruscas con meandros severos incrementarán la n  Sedimentación y erosión

En general la sedimentación y erosión activa, dan variaciones al canal que ocasionan un incremento en el valor de n. Urquhart (1975) señaló que es importante considerar si estos dos procesos están activos y si es probable que permanezcan activos en el futuro.  Obstrucción La presencia de obstrucciones tales como troncos de árbol, deshechos de flujos, atascamientos, pueden tener un impacto significativo sobre el valor de n. El grado de los efectos de tale obstrucciones dependen del número y tamaño de ellas. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD MANNING Aplicando la fórmula Manning, la más grande dificultad reside en la determinación del coeficiente de rugosidad n pues no hay un método exacto de seleccionar un valor n. Para ingenieros veteranos, esto significa el ejercicio de un profundo juicio de ingeniería y experiencia; para novatos, puede ser no más de una adivinanza, y diferentes individuos obtendrán resultados diferentes. Para calcular entonces el coeficiente de rugosidad n se dispone de tablas (como la publicada por el U.S Departament of Agriculture en 1955; Chow, 1959) y una serie de fotografías que muestran valores típicos del coeficiente n para un determinado tipo de canal (Ramser, 1929 y Scobey, 1939). Aparte de estas ayudas, se encuentra en la literatura numerosas fórmulas para expresar el coeficiente de rugosidad de Manning en función del diámetro de las partículas, las cuales tienen la forma n = m D1/6, donde m es un factor de escala y D es un diámetro característico del material del lecho (D50, D75, D84, D90) que son, respectivamente, los diámetros correspondientes al 50, 75, 84 y 90% de la curva granulométrica del material del lecho. Otros modelos tienen forma logarítmita y expresan n en función del diámetro de las partículas (D50 ó D84) y de las características del flujo (radio hidráulico, profundidad media del flujo).

La siguiente tabla muestra valores del coeficiente de rugosidad de Manning teniendo en

6. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS  Canal de Acrílico de Pendiente Variable.  Dos cronómetros  Flexo metro (metro de 5 m). Láminas de acrílico que simulen rugosidad del fondo del canal en piedra y en concreto 7. PROCEDIMIENTO  Verifique que la válvula de cortina de 4 pulgadas este abierta, si en caso contrario está cerrada gradúela a la abertura numero 1 girando la mariposa en sentido de las manecillas de reloj, un giro equivaldrá a una abertura.  Gradué la pendiente del canal con la palanca del gato hidráulico ubicada en el apoyo cercano al tanque de aforos girándola varias veces.  Encienda la bomba sumergible y espere a que el flujo de agua proporcionado por ella llene totalmente el canal de acrílico. (Este proceso estará acompañado por el laboratorista).

 Todos los ensayos que se realizan en el canal abierto se hacen para diferentes caudales por esto regule la abertura de la válvula para la cual desea realizar la toma de datos.  Mida dos profundidades de la lámina de agua en las posiciones aguas arriba y aguas abajo de la longitud total del canal. Si se encuentran instalados los fondos en piedra la medición debe hacerse desde la superficie del falso fondo.  Determine el caudal que fluye por el canal aforando volúmenes y tiempos en el tanque de plastico de color azul cerrando la válvula de palanca de 4 pulgadas usada para el desagüe del tanque solamente cuando se haga la medición del volumen, después de este paso abra nuevamente la válvula para evitar que el agua se desborde.  Gradué la válvula a una nueva abertura y realice este mismo procedimiento para la cantidad de caudales que el docente defina para el ensayo.  Al terminar la toma de datos para los caudales determinados cambie la pendiente del canal y regule la válvula a la abertura inicial. 8 ANALISIS  Análisis Se evidencio que en la primera pendiente (1.5366%) a medida que los giros en la válvula aumentaran o disminuyeran el caudal presentaba un comportamiento no predecible es decir, aumentaba o disminuía arbitrariamente.  Mientras que en la segunda pendiente (1.8913%) si se comportó de manera previsible, a medida que aumentaban los giros en la válvula aumentaba el caudal.  ConjeturaEsto sucedió probablemente por error en la recolección de datos, seguramente al tomar los tiempos.  Análisis Se observó que la altura de la lámina de agua en 1 y 2 (Y1_Y2) aumento a medida que el caudal creció.  ConjeturaEsto puede ser debido a que el caudal es directamente proporcional a la velocidad para la mismas sección transversal (V=Q/A), esto hace que la superficie de piedras oponga menos fricción* del flujo por ende la lámina de agua es de menor espesor.  fricción inversamente proporcional a la velocidad  Análisis Se comprueba que los valores V Chezy y V de manning aumentan cuando el caudal se incrementa. De igual manera cuando aumenta la pendiente.  ConjeturaEs debido a la proporcionalidad de dichos datos con ambos valores de V.  Análisis En la práctica no tomamos un flujo supercrítico por lo tanto no podemos proponer un análisis en cuanto a esta característica.

9. CONCLUSIONES  Se determinó experimentalmente en el laboratorio la velocidad media del flujo mediante la ecuación de Maning y Chezy  Determinamos los valores típicos del coeficiente de Maning y Chezy.  Se realizó una comparación con los expuestos en la teoría.

10 DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO Sin piedras pendiente Tanque Largo (m) 1,23 Ancho(m) 1,07 Area(m2) 1,32 pendiente pendiente 1 2 3,01 0,47 Aforo (s)

Aforo (s)

28,5 29,5 29 29 Alturas 4,6 3,6 2,8 3,67

30 29,7 30,3 30 5,8 6,4 4,3 5,5

Con piedras pendiente Tanque Largo (m) 1,23 Ancho(m) 1,07 Area(m2) 1,32 pendiente 1 pendiente 2 3,17 0,47 Aforo (s)

Aforo (s)

28,5 29,5 29 29 alturas (cm)

28,5 29,5 29 29

2,0 2,0 1,9 2,0 12 CALCULOS TIPICOS 1 Q= x A x R2H/3 x S1 /2 n Caudal sin piedras: 1,9x10-4 m3/s Caudal con piedras: 0,013 m3/s

13 EVIDENCIAS

1,8 2,8 2,3 2,3...