GUIA HIDRAULICA CUC GHv1 (1).pdf

UNIVERSIDAD DE LA COSTA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
ASIGNATURA: LABORATORIO
DE HIDRAULICA/ GUIAS DE
LABORATORIO
Versión 1 Creado por: Gerald Mestra R, Camilo Osorio, Página 1
GUIAS DE LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS
La presente guía de laboratorio consta de todas las prácticas que se pretenden desarrollar a lo
largo de un semestre en la facultad de ingeniería civil. Cada guía consta de un preámbulo teórico y
una fase de ejecución de práctica en el laboratorio.
Así mismo, el estudiante debe desarrollar un informe en la hora y fecha estipulada por cada
docente. La estructura del informe debe constar de los siguientes apartes:
 Tabla de Contenido programada automática.
 Objetivos (General y Específicos) construidos por el grupo diferentes a los de la guía de
laboratorio.
 Marco Teórico Resumido. La información que se debe colocar nos proporcionará un
conocimiento profundo de tema tratado. Se construye a partir de teorías existentes que
ayuden a generar nuevo conocimiento. 1000 palabras máximo
 Procedimiento que se llevó acabo en la práctica.
 Cálculos y Resultados de los datos de práctica.
 Discusión y Análisis (Respuesta a las preguntas de la guía )
 Conclusiones
 Anexos
o Tabla de Datos
o Bibliografía
o Gráficos
o Imágenes
Nota: Deben referenciar con base a una norma internacional (APA, AAA), cada uno de los
términos utilizados para el marco teórico.

LABORATORIO
PRÁCTICA NO. 1. ESTADISTICA APLICADA- AFORO CAUDALES
1. OBJETIVOS
 Relacionar al estudiante con el laboratorio de hidráulica.
 Aplicar los conceptos teóricos a las prácticas de laboratorio.
 Introducir al estudiante en los conceptos básicos de la hidráulica.
 Aplicar conceptos básicos de estadística básica a datos de laboratorio.
 Desarrollar aforos de caudal con distintos métodos.
1.2.MARCO TEORICO
1.2.1. FLUIDO
Un fluido es una sustancia que se caracteriza porque se deforma continuamente bajo la aplicación
de una fuerza tangencial, por más pequeña que sea. Un fluido puede ser considerado como un
líquido o gas.
1.2.2. CAUDAL
El caudal es definido como la cantidad de líquido que circula sobre una superficie abierta o
cerrada, en determinado tiempo. Desde el punto de vista de la ecuación de la continuidad lo
podemos encontrar como el flujo volumétrico que pasa por un área dada en una unidad de
tiempo. El caudal se mide unidades de volumen dividido unidades de tiempo. Generalmente se

LABORATORIO
usan /seg o Lt/seg. A veces se usa el Kg/seg. Las ecuaciones que se tienen en cuenta para
esta práctica son las siguientes:
Q = ; Q= A* v
Dónde:
Q = Caudal, V= Volumen, T= Tiempo, A= Sección transversal por donde se moviliza el fluido y v=
Velocidad
1.2.3. BANCO HIDRÁULICO
El banco hidráulico hace parte a uno de los equipos del laboratorio de mecánica de fluidos de la
universidad de la costa CUC, que sirve de ayuda para la realización de la práctica. Consta de una
válvula reguladora de caudal, regla volumétrica y una bomba impulsión. Adicionalmente, un
tanque de medida volumétrica con su desagüe para que exista la recirculación del fluido.
1.3.PROCEDIMIENTO
BANCO HIDRAULICO:
Para la realización de la presente practica de laboratorio de hidráulica, es necesario el uso de un
banco hidráulico, ya que de ahí se tomaran los datos correspondientes.
Inicialmente se abrirá la válvula del sistema que produce un flujo de agua y posteriormente un
caudal, este paso se realizará las veces que el docente indique, pero variando la cantidad de agua
expulsada por la manguera. Para cada caudal se tomaran los valores de tiempo, cuando el banco
hidráulico registre los volúmenes indicados por el docente. Los valores de tiempo se tomaran con
el cronometro y se tabulan con el fin de tener la relación volumen y tiempo.

LABORATORIO
Caudal 1 MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3
Volumen
Tiempo
Volumen
Tiempo
Volumen
Tiempo
Volumen
Tiempo
CANAL DE LABORATORIO- CONTINUIDAD:
Mediante el uso del canal el estudiante debe aplicar los conceptos de continuidad para así obtener
dicho caudal. Se debe medir sobre el canal del laboratorio la distancia recorrida de un objeto el
agua y el estudiante debe medir el tiempo a través del cronometro. Tenga en cuenta que el
lanzamiento del objeto debe hacerse mínimo 3 veces; esto con el fin de hallar la velocidad. Así
mismo, se debe medir el área de la fuente teniendo en cuenta la profundidad de la lámina del

LABORATORIO
agua y el ancho respectivo. Este procedimiento, debe desarrollarse para el número de veces de los
caudales que se tienen.
V= x/t, Q= v A
PREGUNTAS: Discusión y análisis
 ¿Por qué los tiempos obtenidos son diferentes para cada caudal?
 ¿Cuáles son los errores cometidos en la práctica?
 Calcule el error absoluto de los datos.
 Calcule el caudal promedio para cada Q.
 Calcule la mediana para cada Q.
 Calcule la desviación estándar de los datos.
 ¿Existe moda para cada dato de caudales?
 Calcule la varianza para los datos de cada caudal.
 Grafique el Q vs Tiempo
 ¿Qué resultado interpretativo obtenido representa la desviación estándar de los datos?

LABORATORIO
PRÁCTICA NO. 2 DESCARGA POR ORIFICIO
2.1 PROCEDIMIENTO
2.1 OBJETIVOS

LABORATORIO
 Determinar el caudal que pasa por los diferentes orificios.
 Determinar el coeficiente de carga a través del caudal.
 Determinar el coeficiente de velocidad con la altura de laminar.
 Determinar el coeficiente de contracción con el área de la vena contraída y el área del
orificio.
2.2 MARCO TEORICO
COEFICIENTE DE CONTRACCION
El coeficiente de contracción CC es la relación entre el área del chorro de agua y la sección de la
boquilla.
COEFICIENTE DE VELOCIDAD
El coeficiente de velocidad CV es la relación volumen de carga (tubo pitot) y la volumen

LABORATORIO
COEFICIENTE DE DESCARGA
Es la relación entre el caudal real y el caudal teórico de un flujo que pasa por un determinado
orificio.
“para hallar el caudal el nivel del agua debe estar por debajo del rebosadero para garantizar que
el agua impulsada sea igual al agua desaguada por el orificio “
Para hallar el coeficiente de gasto se determina con la ecuación
2.3 PROCEDIMIENTO.
Seleccionamos los instrumentos que se van a utilizar en esta práctica, estos son: banco hidráulico,
tanque de descarga, cronometro, metro, calibrador o pie de rey, 3 orificios con diferentes
diámetros (orificio tipo cilíndrico, tipo coloidal, tipo diafragma).
 Ubicamos la máquina de orificio en el banco hidráulico.

LABORATORIO
 Medir el diámetro interno y externo respectivamente de las boquillas (diafragma, coloidal,
cilíndrica).
 Conectar la manguera de extracción del agua de la máquina de orificio a la boquilla del
banco hidráulico.
 Ajustar la boquilla (diafragma, coloidal, cilíndrica) en el agujero de descarga.
 Encender el banco hidráulico.
 Graduar el caudal por medio de la válvula, para introducir el agua. Tomar la medida del
volumen del agua , con el metro , y por medio del tubo que serán proporcional.
 Establecer el coeficiente de velocidad por medio del tubo pitot dentro de la vena liquida.
 Medir el diámetro de la vena liquida.
 Realizar los pasos de las meditas 3 veces con 3 diferentes caudales.
 Cambiar de boquilla y realizar otra vez la experiencia.
2.4 CALCULOS.
TABLA DE DATOS.
TIPO DE ORIFICIO Dext Dint
Lectura
h(cm)
D vena
(cm)
Altura
tubo pitot
Altura
volumétrica Tiempos (s)

LABORATORIO
(mm) (mm)
1 T1
T2
T3
2 T1
T2
T3
3 T1
T2
T3
a. Cálculos y gráficas.
 Calcular coeficiente de descarga Cu.
 Calcular coeficiente de velocidad Cv.
 Calcular coeficiente de contracción Cc.
 Graficar Cu Vs. Cc.
 Graficar Cv Vs. Cu.
 Graficar Cc Vs. Cv.
 Analizar las gráficas.
2.5 CUESTIONARIO
 ¿Qué aplicaciones tiene la práctica de descarga por orifico en la vida real?
 ¿Cuáles son los errores más representativos?
 ¿A qué se debe que el coeficiente de descarga varié con respecto a los distintos tipos de
orificio utilizados?
 Analizar las gráficas.

LABORATORIO
PRÁCTICA No.3. GUÍA ENERGÍA ESPECÍFICA
3.1 OBJETIVOS
 Determinar la relación entre Energía específica y profundidad de flujo.
 Determinar y describir una familia de curvas de energía especifica.
MÉTODO
Instalación y operación de una compuerta en el canal de pendiente variable, analizando el
comportamiento de flujo antes y después de ésta.
3.2 MARCO TEÓRICO
La energía específica para flujos en canales abiertos con bajas pendientes puede calcularse
mediante la expresión:
Donde la energía es medida con respecto al fondo del canal y las variables son:
E – energía específica (m)
y – profundidad de flujo (m)
– cabeza de velocidad (m)

LABORATORIO
Considerando que Q = vA y que para un canal rectangular A = By, la energía específica puede
expresarse también de la siguiente forma:
Si se grafica E vs y, se obtiene una curva denominada curva de energía específica, la cual muestra
que para una misma energía se registran dos posibles profundidades de flujo, tal como lo presenta
la figura siguiente.
Por otra parte, puede desmostarse que cuando la energía específica es mínima el número de
Froude es igual a 1. Adicionalmente, si consideramos que para un canal rectangular D = y, se tiene
que:

LABORATORIO
Curvas de energía específica para tres diferentes caudales (Tomado de Hidráulica de Canales Abiertos - Ven
te Chow).
3.3 PREPARACIÓN
Asegúrese que el canal se encuentra en posición horizontal. Mida y registre su ancho (B).
Fije firmemente la compuerta aproximadamente en la parte media del canal, instalando el borde
filoso de ella mirando hacia el lado aguas arriba del flujo. Asegúrese que no existan espacios entre
la compuerta y las paredes del canal, en caso tal, puede rellenarlos con plastilina.
El nivel de referencia (datum) para la medición de las profundidades de flujo será el fondo del
canal.

LABORATORIO
PROCEDIMIENTO
El procedimiento descrito a continuación consiste en la prueba de 3 diferentes caudales, para cada
uno de los cuales se probarán cuatro diferentes aberturas de la compuerta.
Para iniciar, gire la perilla de la compuerta hasta obtener una abertura de 0.005 m por encima del
fondo del canal.
Abra gradualmente la válvula de control de flujo del banco hidráulico hasta obtener yo = 0.09 m. En
este punto y luego que el flujo se estabilice, mida tanto y1, como el caudal Q. Abra la compuerta
en incrementos de 0.005 m y nuevamente, luego que se estabilice el flujo mida yo y y1. Repita
dicho procedimiento 3 veces más.
En la segunda prueba, inicie con una abertura de la compuerta de 0.010 m e incremente
ligeramente el caudal hasta que yo = 0.11 m. Repita los pasos realizados para el caudal anterior, es
decir, tome las medidas de yo y y1 para cuatro diferentes aberturas de la compuerta.
Para la tercera y última prueba, incremente nuevamente el caudal y repita el procedimiento
señalado con una abertura de compuerta inicial de 0.015 m y un yo = 0.13 m.
3.4 TABLA DE DATOS Y CÁLCULOS

LABORATORIO
Ancho del canal, B
Cálculos Caudal I
DATOS CÁLCULOS
yg (m) y0 (m) y1 (m) Q (lps) - V/t E0 (m) E1 (m) Ec (m)
0.005 0.09
0.010
0.015
0.020
Datos Generales – Tabla para construcción de gráfica (recopilación de puntos E e y)
N E (cm) Y (cm) Fr
1
2
3
4
5
6
7
8
9

LABORATORIO
Cálculos Caudal II
DATOS CÁLCULOS
yg (m) y0 (m) yg (m) y0 (m) yg (m) y0 (m) yg (m)
0.010 0.11
0.015
0.020
0.025
N E (cm) Y (cm) Fr
1
2
3
4
5
6
7
8
9

LABORATORIO
Cálculos Caudal III
DATOS CÁLCULOS
yg (m) y0 (m) yg (m) y0 (m) yg (m) y0 (m) yg (m)
0.015 0.013
0.020
0.025
0.030
N E (cm) Y (cm) Fr
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3.5 CÁLCULOS
 Calcule Eo y E1 para cada valor de caudal. Calcule Fr para cada uno de los puntos 0 y 1.
 Calcule yc y Emin para cada uno de los caudales ensayados.

LABORATORIO
 Presente una tabla (una por cada caudal ensayado) con todos los valores de energía
específica, E, con su correspondiente valor de profundidad de flujo, y; incluyendo los
puntos de Emin e yc. Teniendo en cuenta lo anterior, se obtendrán tres tablas con valores de
E vs y.
 Trace una gráfica representando los valores registrados en la tabla realizada en el punto
anterior. Incluya también en dicha gráfica las series de E vs y para los otros dos caudales.
 En la gráfica anterior, trace una línea que una los puntos de energía específica mínima y
una línea donde y = E (línea de 45°).
3.6 ANÁLISIS DE RESULTADOS
 Compare las gráficas construidas con la curva de energía específica reportada en la
literatura.
 Comente la relación existente entre yc y el caudal Q teniendo en cuenta la gráfica
realizada.
 Teniendo en cuenta el número de Froude, ¿Qué tipo de flujo se presenta a cada lado del
punto de energía específica mínima? ¿Esto está de acuerdo con la teoría?
 ¿Cómo cree usted que afectaría los resultados si se cambia el ancho del canal, B?

DE HIDRÁULICA / VERTEDEROS
Versión 1 Página 1
PRÁCTICA NO. 3 VERTEDEROS
1. OBJETIVOS
• Realizar la calibración de dos vertederos de cresta delgada: uno de
forma rectangular y otro de forma triangular.
• Estimar el coeficiente de descarga y compararlos con los reportados por
otros investigadores en la literatura.
• Reconocer los vertederos de cresta delgada como herramientas de
medición de caudales para flujos sobre canales abiertos.
2. MARCO TEÓRICO
Con la realización de esta práctica se pretende que el estudiante reconozca a
los vertederos como estructural de control mediante las cuales es posible
medir el caudal que pasa por un canal abierto. Para lo anterior será necesario
calibrar los vertederos suministrados, hallando experimentalmente los valores
de los coeficientes α, β y Cd.

El vertedero ha sido definido por Balloffet como ‘‘una abertura (o mejor,
escotadura) de contorno abierto, practicada en la pared de un depósito, o bien
en una barrera colocada en un canal o río, y por la cual escurre o rebasa el
líquido contenido en el depósito, o que circula por el río o canal’’.
La siguiente figura presenta un ejemplo de escotadura de longitud b.
Figura 1. Ejemplo de vertedero de cresta delgada y sus variables.
En general, un vertedero suele tener una de las dos finalidades siguientes: a)
medir caudales, para los que usualmente son empleados vertederos de cresta
delgada (e/h<0.67) y b) permitir el rebose del líquido contenido en un
reservorio o del que circula en un río o canal, para los que se utilizan los
vertederos de cresta ancha (e/h > 0.67).
En esta experiencia se emplearán dos vertederos de cresta delgada (de
diferente forma) con el fin de medir el caudal que pasa por el canal. El uso de
estas estructuras para tal fin es posible debido a la relación única entre la
profundidad de flujo y el caudal, gracias a la ocurrencia de la profundidad
crítica generada por la obstrucción representada por el vertedero.
Un vertedero da lugar a un chorro, es decir, a una napa vertiente, tal como se
aprecia en la Figura 9.1. Sobre el vertedero y en sus inmediaciones hay un
flujo rápidamente variado. Es un ‘‘remanso de depresión’’ originado en la
transformación de energía potencial en energía cinética.

Hacia aguas arriba, en una sección AB, hay un flujo gradualmente variado
(FGV). Se acepta que en la sección AB rige la ley hidrostática. Esta sección se
encuentra a una cierta distancia del vertedero considerada por investigadores
entre 4h y 6h, siendo h la carga sobre el vertedero (Akan, 2006; Rocha, y
Marbello, 2006) (ver Figura 1). Esta es la distancia mínima a la cual deben
tomarse las mediciones de nivel, ya que en este sitio las profundidades de flujo
no se ven afectadas por el abatimiento que ocurre en las proximidades de la
cresta del vertedero.
Vertederos rectangulares de pared delgada
La aplicación de la ecuación de energía entre un punto de aproximación y un
punto localizado sobre la cresta del vertedero permite encontrar una relación
entre el caudal y la altura sobre la cresta del vertedero, h.
Para lograr esto es necesario despreciar las pérdidas de energía entre las dos
secciones, asumir que la presión es atmosférica dentro de la sección de flujo
sobre la cresta, ignorar el abatimiento y despreciar los efectos de la viscosidad
y a la tensión superficial.
Ecuación 1
=
2
3
2 ℎ +
2
−
2
Donde vo: es la velocidad de aproximación, g es la aceleración de la gravedad
y las demás variables están señaladas en la figura 1.
Considerando las simplificaciones realizadas, el caudal calculado con la
Ecuación 1, difiere ligeramente del caudal real; razón por la cual se incluye un
coeficiente Cd de la siguiente manera:
Ecuación 2
= ×
Como puede verificarse experimentalmente, la velocidad de aproximación es
muy pequeña por lo que puede despreciarse, reduciendo la ecuación XX a la
siguiente forma.

Ecuación 3
=
2
3
2 ℎ
Vertederos triangulares de pared delgada
Igualmente puede determinarse la expresión que relaciona el caudal y la
profundidad de flujo sobre la cresta de un vertedero triangular de pared
delgada. Este tipo de vertederos se emplean también para la medición de
caudales, obteniéndose una mejor precisión debido a que presentan mayor
carga para un mismo caudal. Sin embargo por esta misma razón, se limita a la
medición de caudales pequeños.
Ecuación 4
=
8
15
2 tan"#
2$ ℎ
%
Donde θ es el ángulo de abertura para un vertedero simétrico
Figura 2. Esquema tipo de un vertedero triangular.
Igualmente, se determina el coeficiente Cd para hallar el QR, tal como se
especificó en la ecuación 2.

3. PROCEDIMIENTO
a) Coloque el canal en posición horizontal.
b) Mida las dimensiones del vertedero instalado, el ancho de la cresta
delgada para el vertedero rectangular y el ángulo θ para el triangular.
c) Instale el vertedero sobre el canal, asegurándose que no se presenten
filtraciones de flujo por debajo de éste. Es decir garantice que todo el
caudal pase por la abertura del vertedero.
Vertedero Rectangular
1. Encienda el sistema de bombeo y abra la válvula de control de flujo.
2. Permita que el agua fluya de manera estable sobre el vertedero.
3. Tome la lectura de la profundidad de flujo aguas arriba del vertedero (H),
considerando las recomendaciones realizadas durante la presente guía.
Igualmente, mida el caudal que circula por el canal. Tenga en cuenta que, la
carga h = H – P.
4. Modifique el caudal que circula sobre el canal y retorne al paso 2. Repita el
procedimiento 15 veces.
Vertedero Triangular
Considere las mismas recomendaciones y procedimiento realizado para el
vertedero rectangular.

4. TABLA DE MEDICIONES
a. Cálculos y Gráficas
• Realice con los datos hallados experimentalmente, la calibración del
vertedero empleado, teniendo en cuenta la forma de la expresión:
= &ℎ'
• Considerando la expresión hallada para el vertedero analizado, calcule el
caudal experimental, Qexp.
• Calcule el caudal Qt sobre el vertedero rectangular y el vertedero
triangular mediante las ecuaciones 3 y 4 respectivamente.
• Calcule el coeficiente Cd, para cada uno de los caudales ensayados.
Prueba H (cm) h (cm) Q (L/S) H (cm) h (cm) Q (L/S)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Vertedero Rectangular Vertedero Triangular

Grafique para el vertedero rectangular:
• Q vs h
• Q vs hβ
• Log Q vs Log h
• Cd vs h
• Con el coeficiente Cd seleccionado (ver pregunta d), grafique:
Qt – Qexp VS Qt
Grafique para el vertedero triangular:
• Q vs h
• Cd vs h
5. CUESTIONARIO
a. ¿Cómo verificaría que la práctica se realizó con vertederos de cresta
delgada? Utilice el criterio de la relación e/h.
b. ¿Compare las ecuaciones de calibración halladas experimentalmente con las
ecuaciones teóricas?
c. ¿Es Cd constante para el vertedero ensayado? ¿En qué condiciones varía?
d. ¿Qué valor utilizaría para el coeficiente Cd para futuras mediciones con este
vertedero?
e. Compare el Cd con los coeficientes calculados en la literatura. Cite las
fuentes consultadas. ¿A qué se deben las diferencias encontradas?

DE HIDRÁULICA / FLUJO
UNIFORME
PRÁCTICA NO. 2 FLUJO UNIFORME
1. OBJETIVOS
• Identificar características de flujo uniforme y flujo variable en el canal de
prueba.
• Estimar el coeficiente de rugosidad n de Manning para un canal de vidrio
templado.

UNIFORME
2. MARCO TEÓRICO
Con la realización de esta práctica se pretende que el estudiante se familiarice
con los conceptos de flujo uniforme y flujo no uniforme, identificando las zonas
del canal donde se presentan. Igualmente, se pretender determinar
experimentalmente el coeficiente de Manning, n, para el material del canal.
Tipos de Flujo
El flujo en canales abiertos puede clasificarse de acuerdo con el cambio en la
profundidad de flujo con respecto al tiempo y con respecto al espacio.
Considerando el tiempo como criterio se clasifica en: Flujo Permanente y Flujo
No Permanente.
El flujo es permanente si la profundidad de flujo permanece constante durante
el intervalo de tiempo en consideración. Por el contrario, el flujo es No
Permanente si la profundidad cambia con el tiempo.
Para los casos en los cuales se presenta flujo permanente el caudal es
constante y por tanto es válida para cada una de sus secciones la siguiente
expresión:
= = = . . . =
Donde los subíndices indican las secciones en las que está compuesto un canal.
Esta expresión es conocida como Ecuación de continuidad y es válida
únicamente para flujos permanentes.
Por otra parte, considerando el espacio como criterio, se clasifica en: Flujo
uniforme y Flujo Variado.
El flujo es uniforme si sus características físicas y específicamente su
profundidad permanecen constantes a lo largo de todas las secciones del canal.
En el otro caso, el flujo es variado si su profundidad cambia entre las
diferentes secciones que conforman el canal. Este tipo de flujo se puede
clasificar a la vez en gradualmente variado y rápidamente variado de acuerdo
con la rapidez en que se produzca dicho cambio. En el flujo rápidamente
variado la profundidad de flujo cambia de manera abrupta en distancias
comparativamente cortas, de otro modo el flujo es gradualmente variado.

UNIFORME
Estado de Flujo
El comportamiento de los flujos en canales abiertos está gobernado por los
efectos de viscosidad y gravedad en relación con las fuerzas inerciales del
flujo.
Según el efecto de la viscosidad en relación a la inercia, el flujo puede ser
laminar, turbulento o transicional; siendo esta clasificación determinada por el
Número de Reynolds.
=
Donde V es la velocidad de flujo, L es una longitud característica (considerada
como el radio hidráulico, R) y es la viscosidad cinemática del agua.
Por otra parte, considerando el efecto de la gravedad el flujo puede ser
subcrítico, crítico o supercrítico. En este caso, se relacionan las fuerzas
inerciales y las fuerzas gravitacionales y está representado por el número de
Froude.
=
Donde v es la velocidad de flujo, L es una longitud característica (considerada
en canales abiertos como la profundidad hidráulica, D) y g es la aceleración de
la gravedad. La profundidad hidráulica está definida como la relación entre el
área de la sección hidráulica perpendicular al flujo y el ancho de la superficie
libre.
Propiedades geométricas del canal
Profundidad de flujo, y
Profundidad de flujo de la sección, d

UNIFORME
Figura 1. Profundidad de flujo
Ancho superficial, T
Área mojada, A
Perímetro mojado, P
Radio Hidráulico, R
Profundidad Hidráulica, D
Flujo Uniforme
Tal como se mencionó anteriormente, se considera flujo uniforme aquel flujo
en donde el nivel de agua y la velocidad de flujo permanecen constantes a lo
largo del canal. Esto sólo es posible si las características hidráulicas del canal
se mantienen igualmente constantes.

UNIFORME
Figura 2. Movimiento uniforme en un canal abierto.
Por lo anterior se puede expresar que el flujo uniforme se presenta cuando:
= 0
= 0
La profundidad que se mantiene constante para que se presente el flujo
uniforme, es conocida como profundidad normal y se conoce como yn. Dos de
las expresiones desarrolladas para explicar el flujo uniforme fueron
desarrolladas por Manning y Chezy.
Ecuación de Chezy (1789)
= ∙
Donde C es el coeficiente de Chezy
Ecuación de Manning (1889) – Sistema Internacional
=
1
Donde n es el coeficiente de rugosidad de Manning

UNIFORME
Coeficiente de Manning
El coeficiente de rugosidad de Manning se determinará empleando la ecuación
señalada en términos de caudal.
=
Expresión que puede ser expresada de la siguiente manera:
=
Donde dicha ecuación, presenta la forma de una línea recta con origen en (0,0)
=
Por lo tanto, graficando en un plano cartesiano, el término AR2/3
sobre el eje
vertical (eje y) y el término
!
en el eje de las abscisas (eje x), se obtendrá
una línea recta donde la pendiente será el coeficiente n de Manning.
Figura 3. Ejemplo de Flujo Uniforme y Flujo Variado

UNIFORME
Figura 4. Diferencias del comportamiento bajo flujo supercrítico y flujo subcrítico.
3. PROCEDIMIENTO
1. Establezca y registre una pendiente para el canal.
2. Encienda el sistema de bombeo.
3. Establezca un caudal mediante la válvula de control del banco hidráulico.
Espere a que se estabilice el flujo.
4. Mida, mediante el banco hidráulico, el caudal configurado. Realice cinco
mediciones del mismo caudal y obtenga un promedio de éstas.
5. Observe el comportamiento del flujo a lo largo del canal, identifique por
lo menos dos secciones y tome la altura de la lámina de agua en cada
una de ellas.
6. Mida la profundidad de la lámina de agua en inmediaciones del borde del
canal.
7. Modifique el caudal mediante la válvula de control del banco hidráulico y
repita en cinco ocasiones los pasos 4 y 5.

SOBRE COMPUERTA
PRÁCTICA NO. 3 FLUJO SOBRE UNA COMPUERTA
1. OBJETIVOS
 Determinar la relación entre la profundidad de flujo aguas arriba de una
compuerta y el caudal que fluye por debajo de ésta.
 Calcular el coeficiente de descarga de la compuerta baja las condiciones
de flujo ensayadas.

SOBRE COMPUERTA
MÉTODO
Instalación y operación de una compuerta en el canal de pendiente variable,
registrando el comportamiento del flujo ante diferentes aberturas de la misma.
2. MARCO TEÓRICO
Dada la instalación de una compuerta sobre un canal rectangular se tiene que,
despreciando las pérdidas de energía y la cabeza de velocidad, el caudal puede
determinarse como:
𝑄 = 𝐶𝑑𝐵𝑦𝑔√2𝑔𝑦𝑜
𝐶𝑑 =
𝑄
𝐵𝑦𝑔√2𝑔𝑦𝑜
Q – Caudal (m3
/s) yg – Abertura de la compuerta (m)
Cd – Coeficiente de descarga (adim) g – aceleración de la gravedad (m/s2
)
B – Base del canal (m) yo – Profundidad de flujo aguas arriba (m)
Por otra parte, la energía en los puntos 1 y 2, considerando el datum en el fondo
del canal es:
𝐻0 = 𝑦0 +
𝑣0
2
2𝑔
𝐻1 = 𝑦1 +
𝑣1
2
2𝑔

SOBRE COMPUERTA
3. PROCEDIMIENTO
Asegúrese que el canal se encuentra en posición horizontal. Mida y registre su
ancho (B).
Fije firmemente la compuerta aproximadamente en la parte media del canal,
instalando el borde filoso de ella mirando hacia el lado aguas arriba del flujo.
Asegúrese que no existan espacios entre la compuerta y las paredes del canal,
en caso tal, puede rellenarlos con plastilina.
El nivel de referencia (datum) para la medición de las profundidades de flujo
será el fondo del canal.
El procedimiento consta de dos partes:
Primera Parte: yo constante, variación de Q
Gire la perilla de la compuerta hasta obtener una abertura de 0.005 m por
encima del fondo del canal.
Abra gradualmente la válvula de control de flujo del banco hidráulico hasta
obtener yo = 0.12 m. En este punto y luego que el flujo se estabilice, mida tanto
y1, como el caudal Q. Aumente la abertura de la compuerta en incrementos de
0.005 m y aumente gradualmente el caudal siempre manteniendo yo = 0.12 m.
Para cada abertura de la compuerta registre los valores de caudal (Q) y de
profundidad de flujo aguas debajo de la compuerta y1. Repita el procedimiento
mínimo 4 veces.
Segunda Parte: Q constante, variación de yo
Repita el procedimiento anterior con caudal constante y esta vez permitiendo
que varíe yo. Para lo cual, abra la válvula de control de flujo del banco hidráulico
y mida el caudal presentado. Coloque inicialmente la abertura de la compuerta
en 0.005 m. Espere hasta que el flujo se estabilice y registre los valores de yo e
y1. Finalmente incremente la apertura de la compuerta en 0.005 m y repita el
procedimiento por lo menos 4 veces.

SOBRE COMPUERTA
4. TABLA DE DATOS Y CÁLCULOS
Cálculos Procedimiento 1 - yo constante, variación de Q
Ancho del canal, B
DATOS CÁLCULOS
yg yo y1 Q = (V/t) Cd H0 H1
 Calcule el coeficiente de descarga Cd para cada medición.
 Grafique el coeficiente de descarga (Cd) versus el caudal (Q).
 Grafique el caudal (Q) versus la abertura de la compuerta (yg)
Cálculos Procedimiento 2 - Q constante, variación de yo
Ancho del canal, B
DATOS CÁLCULOS
yg yo y1 Q = (V/t) Cd H0 H1
 Calcule el coeficiente de descarga Cd para cada medición.
 Grafique el coeficiente de descarga (Cd) versus la profundidad aguas
arriba (yo).
 Grafique el coeficiente de descarga (Cd) versus la apertura de la
compuerta (yg).
 Grafique la profundidad aguas arriba (yo) versus la apertura de la
compuerta (yg).

SOBRE COMPUERTA
Cálculos generales
 Calcule Ho y H1.
 Construya un gráfico de dispersión con los puntos de Ho y H1. Trace una
línea de tendencia identificando el R2 y la ecuación de la línea recta con
centro en el origen.
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
 Comente la relación existente entre las variables de cada una de las
gráficas.
 Comente los efectos de yo (cuando Q es constante) y los efectos de Q
(cuando yo es constante) sobre el coeficiente de descarga Cd. ¿Cuál de
los dos factores tiene el mayor efecto?
 Compare los valores de Ho y H1 y comente las diferencias encontradas.

ASIGNATURA: LABORATORIO DE
HIDRAULICA / RESALTO
HIDRAULICO
PRACTICA No. 4 RESALTO HIDRAULICO
ESTRUCTURA DEL INFORME
 Tabla de Contenido
 Objetivos (General y Específicos)
 Procedimiento
 Cálculos y Resultados
 Discusión y Análisis (Respuesta a las preguntas)
 Conclusiones
 Anexos
o Tabla de Datos
o Bibliografía
1. OBJETIVOS
 Comprender la Identificación experimentalmente de las características del
resalto hidráulico y clasificarlo.
Objetivos específicos
 Calcular la perdida de energía que genera el resalto hidráulico.
 Analizar los diferentes resultados obtenidos en la práctica y en la teoría
referente a las longitudes del resalto hidráulico, y las profundidades de flujo.
 Establecer si se quiere o no una estructura disipadora de energía, para
implementar estudios y aplicaciones del resalto hidráulico.
2. MARCO TEÓRICO.
Resalto Hidráulico
Un fenómeno local sucede cuando la profundidad de flujo cambia de forma abrupta,
presentándose en el flujo cambios localizados y entonces se presentan dos tipos de
fenómenos locales. El resalto hidráulico es una sobreelevación de la superficie liquida,
el cual se presenta al pasar de una profundidad menor a mayor, a la cual se le llama
profundidad crítica o energía mínima. El resalto hidráulico ocurre cuando se pasa de un
flujo rápido a uno tranquilo, es decir, pasa de un tirante menor al crítico mayor. Una
representación esquemática de un resalto hidráulico podría ser:

HIDRAULICO
Basados en el principio de cantidad de movimientos y energía aplicados a una sección
de una canal cualquiera, el subíndice 1 indica las características hidráulicas del
régimen de flujo supercrítico asociados al tirante conjugado menor y el sub índice 2 a
las características hidráulicas de régimen de flujo subcritico asociadas al tirante
conjugado mayor. Entonces para un canal rectangular el resalto hidráulico se formara
en el canal si el número de Froude F1 del flujo, la profundidad de flujo y1 y la
profundidad y2 aguas abajo satisfacen la ecuación:
√ Régimen supercrítico.
√ Régimen Subcritico.
Este fenómeno se presenta muy frecuentemente en la base de embalses, aguas
debajo de compuertas y en los alrededores de obstáculos sumergidos.
El resalto hidráulico se clasifica como los siguientes:
a. Resalto Ondulante

HIDRAULICO
b. Resalto Débil
c. Resalto Oscilante
d. Resalto Estable
e. Resalto Fuerte
Es importante mencionar, que en el resalto hidráulico la pérdida de energía es igual a
la diferencia de las energías especificas antes y después del dicho resalto;
representándose de la siguiente manera:
, en donde la relación ΔE/E1 se conoce como perdida relativa.

HIDRAULICO
La relación entre las energías especificas antes y después del resalto se define como la
eficiencia del resalto hidráulico, y puede calcularse de la siguiente manera:
La anterior ecuación indica que la eficiencia de un resalto es función adimensional, que
depende solo del número de Froude del flujo de aproximación.
La diferencia entre las profundidades antes y después del resalto hidráulico, se
denomina Altura del Resalto y puede calcularse como hj= y2 – y1 ; Al expresar cada
termino como la relación con respecto a la energía especifica inicial, se tienen
entonces que
Donde hj/E1 es la altura relativa, y1/E1 es la profundidad inicial relativa y y2/E1 es la
profundidad secuente relativa.
La longitud del resalto hidráulico es la distancia medida en su proyección horizontal, a
partir del tirante inicial o conjugado menor (cara frontal del resalto), hasta un punto
en la superficie inmediatamente aguas abajo del remolino o al tirante subsecuente o
conjugado mayor. En teoría, esta longitud no puede determinarse con facilidad, pero
ha sido investigada experimentalmente por muchos autores. Un ejemplo claro de lo
anterior, es la siguiente imagen para calcular dicha longitud.

HIDRAULICO
Para canales trapezoidales, se puede utilizar la fórmula de Sienchi, para obtener la
longitud del resalto mediante la siguiente ecuación: L= A (y2 – y1), donde A depende
del talud del canal de acuerdo a la siguiente tabla 1.
Talud z 0 0,5 0,75 1 1,25 1,5
A 5 7,9 9,2 10,6 12,6 15
Así mismo, la longitud del resalto podría calcularse para canales de sección rectangular
como:
Fr 1,7 2 2,5 3 3,5 4 5 6 8 10
L/y2 4 4,35 4,85 5,28 5,55 5,8 6 6,1 6,12 6,12
3. PROCEDIMIENTO
Asegúrese que el canal se encuentra en posición horizontal. Mida y registre su ancho
(B).
Fije firmemente la compuerta aproximadamente en la parte media del canal,
instalando el borde filoso de ella mirando hacia el lado aguas arriba del flujo.
Asegúrese que no existan espacios entre la compuerta y las paredes del canal, en caso
tal, puede rellenarlos con plastilina.
El nivel de referencia (datum) para la medición de las profundidades de flujo será el
fondo del canal.
El procedimiento consta de siguientes partes:
Primera Parte: yg constante, verifique que la altura de la compuerta sea de 1,5cm
con respecto al fondo del canal.
Abra la válvula de variación de caudal hasta obtener yo= 4,5 cm (nivel de agua arriba
de la compuerta). En este punto y luego que el flujo se estabilice, calcule el caudal Q
que se presenta en ese momento; observe que se presenta un resalto hidráulico sobre
el canal y mida tanto y1 (altura antes del resalto) y y2 (altura después del resalto).
mida la L del resalto desde el borde de la canaleta hasta el punto donde se presenta el
resalto hidráulico.

HIDRAULICO
Repita el proceso y abra gradualmente la válvula de control de flujo del banco
hidráulico hasta obtener yo= 5 cm. En este punto y luego que el flujo se estabilice,
mida y1 (altura antes del resalto) y y2, como el caudal Q.
Por último, Abra gradualmente la válvula de control de flujo del banco hidráulico hasta
obtener yo= 6,5 cm. En este punto y luego que el flujo se estabilice, observe si existe
el resalto hidráulico y mida y1 y y2, como el caudal Q.
Segunda Parte: yg constante, S=-0,005 (contra pendiente).verifique que la altura de
la compuerta sea de 1,5cm con respecto al fondo del canal.
Abra la válvula de variación de caudal hasta obtener yo= 7 cm (nivel de agua arriba
de la compuerta). En este punto y luego que el flujo se estabilice, calcule el caudal Q
que se presenta en ese momento; note que se genera un resalto hidráulico sobre el
canal y registre tanto y1 (altura antes del resalto) y y2 (altura después del resalto).
Mida la L del resalto desde el borde de la canaleta hasta el punto donde se presenta el
resalto hidráulico.
Repita el proceso y abra gradualmente la válvula de control de flujo del banco
hidráulico hasta obtener yo= 8,2 cm. En este punto y luego que el flujo se estabilice,
mida y1 (altura antes del resalto) y y2, como el caudal Q.
4. TABLA DE DATOS Y CALCULOS.
Cálculos Procedimiento 1 - yg constante, s=0 pendiente de canal. yo variable
Ancho del canal, B
yg yo Q (V/t) y1 y2
 Calcule las perdidas relativas .
 Calcule Fr1.

HIDRAULICO
Cálculos Procedimiento 2 - yg constante, variación s=-0,005 contra pendiente
del canal.
Ancho del canal, B
yg yo Q (V/t) y1 y2
 Calcule las perdidas relativas .
 Calcule Fr1.
5. CUESTIONARIO.
5. CUESTIONARIO
a. ¿Cuáles son las fuentes de error de la práctica desarrollada?
b. ¿Qué diferencia encontró entre los datos del resalto cuando s=0 y s=-0,005?
c. Investigue como se calcula la longitud del resalto L para el caso del canal en laboratorio y
determine un valor para dicho calculo.
d. Analice los resultados obtenidos para cada procedimiento.
e. Grafique F1 Vs
f. Grafique en la misma imagen F1 Vs: ; hj/E1; y1/E1 ; y2/E1 .

GUIA HIDRAULICA CUC GHv1 (1).pdf

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Ähnlich wie GUIA HIDRAULICA CUC GHv1 (1).pdf

Ähnlich wie GUIA HIDRAULICA CUC GHv1 (1).pdf (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

GUIA HIDRAULICA CUC GHv1 (1).pdf