UNIVERSIDAD RICARDO PLAMA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA CIVIL

LABORATORIO N°1

CATEDRATICO

Ing. Mogrovejo Gutiérrez, Rubén

ALUMNOS

Cornejo Valencia, Evelyn

Contreras Lavado, Vanessa

Rios Alarcon, Ana

Cisneros Grandez, Oscar

Tanta Arcos. Fredy

SEPTIEMBRE 2015

ContenidoINTRODUCCIÓN.......................................................................................................................3

OBJETIVO.................................................................................................................................3

MARCO TEORICO...................................................................................................................3

Número de Reynolds..........................................................................................................3

Número de Froude para canales abiertos.....................................................................4

La ecuación de Manning....................................................................................................4

PROCEDIMIENTO....................................................................................................................6

Ensayo N°1............................................................................................................................6

Ensayo N°2............................................................................................................................7

Cálculo y resultado....................................................................................................................8

Ensayo N°1.....................................................................................................................8

Velocidad....................................................................................................................8

Caudal.........................................................................................................................8

Manning.....................................................................................................................8

Velocidad....................................................................................................................9

Reynolds....................................................................................................................9

Número de Froude..................................................................................................10

Ensayo N°2...................................................................................................................10

Velocidad media......................................................................................................10

Caudal.......................................................................................................................10

Manning...................................................................................................................10

Velocidad..................................................................................................................11

Número de Reynolds..............................................................................................11

Número de Froude..................................................................................................11

Ensayo con apoyo del HEC-RAS..........................................................................................12

Calibración................................................................................................................................15

Conclusiones............................................................................................................................17

Referencia Bibliográfica..........................................................................................................17

INTRODUCCIÓNEl flujo en canales abiertos puede clasificarse en los siguientes cuatro tipos de

regímenes: laminar-subcrítico, turbulento -subcrítico, laminar-supercrítico y

turbulento-supercrítico. Los números empleados para realizar dicha

clasificación son: en número de Reynolds y el número de Froude.

OBJETIVO

El objetivo de este ensayo realizado en el laboratorio de Hidráulica de la

Universidad Ricardo Palma, es determinar parámetros cinemáticos.

Obtener datos por modelación conceptual y numérica, para la definición

de sus componentes geométricos, cinemáticos y dinámicos.

MARCO TEORICO

Número de Reynolds

El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y

dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en

numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación

adimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el

flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento

(número de Reynolds grande).

Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número

de Reynolds viene dado por:

Donde:

: Densidad del fluido

: Velocidad característica del fluido

: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud

característica del sistema

: Viscosidad dinámica del fluido

: Viscosidad cinemática del fluido

Número de Froude para canales abiertos

El número de Froude en canales abiertos nos informa del estado del flujo

hidráulico. El número de Froude en un canal se define como:

Siendo:

 =velocidad media de la sección del canal [m/s]

 =Profundidad hidráulica ( ) [m]. Siendo Al área de la sección

transversal del flujo y T el ancho de la lámina libre.

= aceleración de la gravedad [m/s²]

En el caso de que:

Sea    el régimen del flujo será supercrítico

Sea    el régimen del flujo será crítico

Sea    el régimen del flujo será subcrítico

La ecuación de Manning

Es una ecuación obtenida del resultado de un proceso de ajustes de curvas de

observación experimental y de campo, por lo tanto es completamente empírica

por su génesis. La ecuación tiene la desventaja de su dimensional dad que no

es homogénea; su expresión es la siguiente:

Donde:

 = Área mojada (área de la sección del flujo de agua), en m2,

función del tirante hidráulico h

 = Perímetro mojado, en m, función del tirante hidráulico h

 = Un parámetro que depende de la rugosidad de la pared, su valor

varía entre 0,01 para paredes muy pulidas (p.e., plástico) y 0,06 para

ríos con fondo muy irregular y con vegetación.

 = Velocidad media del agua en m/s, que es función del tirante

hidráulico h

 = Caudal del agua en m3/s, en función del tirante hidráulico h

 = la pendiente de la línea de agua en m/m

PROCEDIMIENTO

El ensayo se realizo en el laboratorio de Hidráulica de la Universidad Ricardo Palma.

Dato tomados en el laboratorio

Ensayo N°1

TiranteDistancia (cm)

Y6 11Y5 11.5Y4 6Y3 5.6Y2 2.5

Tiempo (s)

Distancia (m)

1.23 1.141.22 1.14

1.23 1.141.23 1.14

Ensayo N°2

TiranteDistancia (cm)

Y6 4.4Y5 4.8Y4 2.8Y3 2.6Y2 0.6

Tiempo (s)Distancia (m)

1.69 1.141.81 1.141.68 1.141.72 1.14

Cálculo y resultado

Luego de haber tomado los datos en el laboratorio, procedemos a calcular los parámetros cinemáticos de los dos ensayos.

Ensayo N°1

Velocidad.

Tiempo (s)

Distancia (m)

Velocidad (m/s)

1.23 1.14 0.9271.22 1.14 0.9341.23 1.14 0.9271.23 1.14 0.927

Promedio 0.929Velocidad media 0.836

Base AlturaCaudal (m3/s)

0.3 0.08 0.0201

Caudal.

Base AlturaCaudal (m3/s)

0.3 0.08 0.0201

Manning.

Q=

1n∗AH

53

PH23

∗S12

Secciones

Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n

Y6 0.11 0.033 0.52 0.01310.0298969

8

Y5 0.115 0.0115 0.33 0.01310.0069865

1Y4 0.06 0.006 0.22 0.0131 0.0030955

9

Y3 0.056 0.0056 0.212 0.01310.0028283

2Y2 0.025 0.0075 0.35 0.0131 0.0032948

Velocidad.

V=

1n∗AH

23

PH23

∗S12

Secciones

Tirantes(m)

Ah(m2) Ph(m) S n

V m/s

Y6 0.110.03

3 0.520.01

31

0.0298969

8

0.6090909

1

Y50.11

50.01

15 0.330.01

31

0.0069865

1

1.7478260

9

Y4 0.060.00

6 0.220.01

31

0.0030955

9 3.35

Y30.05

60.00

56 0.2120.01

31

0.0028283

2

3.5892857

1

Y20.02

50.00

75 0.350.01

310.0032948 2.68

Reynolds.

De la tabla mostrada la viscosidad cinemática a una temperatura de 20 °C es de 1.007x10-6 m2/s

Secci Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n V m/s Reynolds Flujo

Y6 0.11 0.033 0.520.013

1 0.029896980.6090909

138385.150

1 Turbulento

Y5 0.115 0.0115 0.330.013

1 0.006986511.7478260

960485.691

1 Turbulento

Y4 0.06 0.006 0.220.013

1 0.00309559 3.3590728.536

6 Turbulento

Y3 0.056 0.0056 0.2120.013

1 0.002828323.5892857

1 94152.255 Turbulento

Y2 0.025 0.0075 0.350.013

1 0.0032948 2.6857029.365

9 Turbulento

Número de Froude.

FR=V

√ g DH; DH=Profundidad hidráulica

Secciones

Tirantes(m) V m/s Freude  

Y6 0.110.6090909

10.58634236

1 Subcrítico

Y5 0.1151.7478260

91.64556405

9Supercrítico

Y4 0.06 3.354.36651220

2Supercrítico

Y3 0.0563.5892857

14.84261020

9Supercrítico

Y2 0.025 2.685.41165729

3Supercrítico

Ensayo N°2

Velocidad media.

Tiempo (s)Distancia (m)

Velocidad (m/s)

1.69 1.14 0.6751.81 1.14 0.6301.68 1.14 0.6791.72 1.14 0.663

Promedio 0.661Velocidad media 0.595

Caudal.

Base Altura Caudal (m3/s)0.3 0.015 0.0027

Manning.

Secciones

Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n

Y6 0.11 0.033 0.52 0.01310.2225663

8

Y5 0.115 0.0115 0.33 0.01310.0520106

6

Y4 0.06 0.006 0.22 0.01310.0230449

4Y3 0.056 0.0056 0.212 0.0131 0.0210553

Y2 0.025 0.0075 0.35 0.01310.0245279

9

Velocidad.

Secciones

Tirantes(m) Ah(m2) Ph(m) S n V m/s

Y6 0.11 0.033 0.52 0.01310.2225663

80.0818181

8

Y5 0.115 0.0115 0.33 0.01310.0520106

60.2347826

1

Y4 0.06 0.006 0.22 0.01310.0230449

4 0.45

Y3 0.056 0.0056 0.212 0.0131 0.02105530.4821428

6

Y2 0.025 0.0075 0.35 0.01310.0245279

9 0.36

Número de Reynolds.

Seccio Tirantes(m) Ah(m2)Ph(m) S n V m/s Reynolds Flujo

Y6 0.11 0.033 0.52 0.0131 0.222566380.0818181

8 5156.21419 Turbulento

Y5 0.115 0.0115 0.33 0.0131 0.052010660.2347826

1 8124.94358 TurbulentoY4 0.06 0.006 0.22 0.0131 0.02304494 0.45 12187.4154 Turbulento

Y3 0.056 0.0056 0.212 0.0131 0.02105530.4821428

6 12647.3178 TurbulentoY2 0.025 0.0075 0.35 0.0131 0.02452799 0.36 7660.66109 Turbulento

Número de Froude.

Secciones

Tirantes(m) V m/s Freude  

Y6 0.110.0818181

80.07876240

7Subcrítico

Y5 0.1150.2347826

10.22104591

8Subcrítico

Y4 0.06 0.450.58654641

5Subcrítico

Y3 0.0560.4821428

60.65049987

9Subcrítico

Y2 0.025 0.360.72693903

9Subcrítico

Ensayo con apoyo del HEC-RAS Creamos un proyecto con el nombre de Laboratorio N°1

Definimos la geometría

Definimos las secciones.

Ingresamos los datos del flujo

Analizamos.

Resultados.

Calibración Ensayo N° 1

SecciónTirante HEC-

RAS(m)

Tirante experimental

(m)Y6 0.16 0.11Y5 0.16 0.115Y4 0.16 0.06Y3 0.14 0.056Y2 0.13 0.025

0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15 0.155 0.16 0.1650

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

f(x) = 2.2375 x − 0.262425R² = 0.679433568568908

Ensayo N°2

SecciónTirante HEC-

RAS(m)

Tirante experimental

(m)Y6 0.03 0.044Y5 0.03 0.048Y4 0.02 0.028Y3 0.02 0.026Y2 0.01 0.006

0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.0350

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

f(x) = 1.98571428571429 x − 0.0132857142857143R² = 0.990008198401312

Conclusiones

En el ensayo N° 1 no coincide en los dos modelos, esto a consecuencia de las malas mediciones realizadas en laboratorio.

En el ensayo N° 2 se puede mejorar el modelo de HEC-RAS modificando el coeficiente de Manning.

Los valores del número de Froude son menores y mayores que uno (F<1) (F>1), por tanto corresponde al tipo de flujo subcrítico y supercrítico.

Se determinó las secciones del canal para cada tramo, observando que mediante el modelo HEC RAS, resulta también un flujo subcrítico y supercrítico.

Referencia Bibliográfica

VEN TE CHOW (1994). Hidráulica de canales abiertos.1ra. Edición. Editorial McGRAW – HILL – Colombia.

MATAIX, Claudio (1982). Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas - 2da Edición. Editorial HARLA S.A. – México.

VILLON BEJAR, Máximo (2007). Hidráulica de canales - 2da Edición. Editorial VILLON.