idaulica de canales

1. “AÑO DEL BICENTENARIO DEL PERÚ: 200 AÑOS DE INDEPENDENCIA”.
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ
CURSO: HIDRAULICA DE CANALES
TEMA: ENSAYOS DE LABORATORIO. PROCEDIMIENTO.
PROFESORA: ING. DIANA DIELUI CEGARRA BADELL
INTEGRANTES: GRUPO
NOMBRES Y APELLIDOS CÓDIGO
JUAN JOSÉ DÍAZ ZAMATA U19220265
HECTOR RETIZ ÁVILA U18209304
Lima, 2021

2. 1. INTRODUCCIÓN
El presente informe de laboratorio, se enmarca en el desarrollo de la Asignatura de Hidráulica de
Canales, cuyo propósito es, que los estudiantes en forma experimental plasmen los
conocimientos teóricos adquiridos en clase, a fin de comprender el comportamiento del flujo en
un canal. En ese sentido, las temáticas, referidas es en relación al método más conocido y de
mayor aplicación para estimar los caudales la ecuación de Manning, el cual se fundamenta en
los parámetros de la sección hidráulica de la estructura de conducción y en rugosidad de dicha
sección. El objetivo principal de este primer laboratorio, es calcular el coeficiente de rugosidad
de Manning para el canal de sección rectangular del laboratorio de Hidráulica, para ello se realizó
varias medidas a diferentes pendientes, y finalmente identificar en base al principio de Froude el
tipo de flujo, por tanto, el informe, consolida la experimentación de dos ensayos; en base a data
obtenida en laboratorio de nuestra casa de estudios; el primero referido al cálculo de Manning, y
el segundo a identificar el tipo de flujo, en función a la ecuación crítica del flujo, y el cálculo de la
energía específica. En la parte final de este informe se discuten los resultados obtenidos en este
experimento de laboratorio.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Analizar el comportamiento del flujo de un canal rectangular para diferentes condiciones
hidráulicas.
2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Determinar las características físico-hidráulicas de un canal rectangular.
• Identificar el comportamiento del coeficiente de rugosidad de Manning respecto
a la pendiente.

3. • Determinar el tipo de flujo de acuerdo al número de Froude.
3. ENSAYOS REALIZADOS
3.1 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING
Para la ejecución del ensayo se utilizó los siguientes materiales y equipos:
3.1.1 MATERIALES Y EQUIPOS:
Equipo simulador de canal rectangular transparente de agua, que permite la recirculación del
flujo permanente del agua, con equipo de paredes paralelas, con sección transversal, reforzado
con placas de acero. También, posee movimiento suave de inclinación el cual es obrado por una
gata.
• 2 tanques
• Bomba, motor
• Compuerta, el cual accionado por una perilla, que permite que se cambie o restrinja el
caudal del agua.
• Caudalímetro, que permite medir la pendiente del fondo del canal. Con medidor de flujo
digital.
• Tablero de control, con botones modulares, con botón de encendido y apagado para el
ingreso y salida del flujo. Adicionalmente contiene botones, que suben y bajan la
pendiente del fondo del canal, con botones de acción de emergencia, ante cualquier
salvedad.
• Linnímetro, mide los niveles de agua. En el Anexo N° 2, se aprecia el muestreo fotográfico
de las partes del aparato tecnológico del canal artificial.

4. Equipo tecnológico de canal rectangular de vidrio (Laboratorio sede Lima S.J.L.)
3.1.2 PROCEDIMIENTO:
A continuación, se describe el trabajo realizado en laboratorio.
• Se encendió el equipo y se estabiliza el flujo.
• Una vez comprobada la existencia de flujo uniforme (tomando dos tirantes de flujo en dos
secciones diferentes del canal), se verificó la pendiente del mismo, se corrigió, para los
cálculos pertinentes.
• Se tomaron 5 mediciones diferentes para una misma pendiente, variando el caudal,
anotándose los siguientes valores: caudal, tirante de flujo. Asimismo, se tomó el ancho
promedio del canal.
• El proceso se repitió para tres pendientes diferentes.
4. DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO
4.1 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING
Datos a usar para los cálculos:

5. Caso S (m/m) y (m) Q (m3/s) b (m)
1 0.015 0.036 0.0095 0.30
2 0.015 0.046 0.0152 0.30
3 0.012 0.054 0.0153 0.30
4 0.012 0.096 0.0325 0.30
4.1.1 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE MANNING PARA CADA CASO:
1er Caso: De la ecuación de Manning
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗ 𝑅
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
𝑄
∗ 𝑏 ∗ 𝑦 ∗ (
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏 + 2 ∗ 𝑦
)
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
0.0095
∗ 0.30 ∗ 0.036 ∗ (
0.30 ∗ 0.036
0.30 + 2 ∗ 0.036
)
2
3
⁄
∗ 0.015
1
2
⁄
𝑛 = 0.0132
2do Caso: De la ecuación de Manning
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗ 𝑅
2
3
⁄ ∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
𝑄
∗ 𝑏 ∗ 𝑦 ∗ (
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏 + 2 ∗ 𝑦
)
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
0.0152
∗ 0.30 ∗ 0.046 ∗ (
0.30 ∗ 0.046
0.30 + 2 ∗ 0.046
)
2
3
⁄
∗ 0.015
1
2
⁄
𝑛 = 0.0119
3er Caso: De la ecuación de Manning
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗ 𝑅
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄

6. 𝑛 =
1
𝑄
∗ 𝑏 ∗ 𝑦 ∗ (
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏 + 2 ∗ 𝑦
)
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
0.0153
∗ 0.30 ∗ 0.054 ∗ (
0.30 ∗ 0.054
0.30 + 2 ∗ 0.054
)
2
3
⁄
∗ 0.012
1
2
⁄
𝑛 = 0.0135
4to Caso: De la ecuación de Manning
𝑄 =
1
𝑛
∗ 𝐴 ∗ 𝑅
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
𝑄
∗ 𝑏 ∗ 𝑦 ∗ (
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏 + 2 ∗ 𝑦
)
2
3
⁄
∗ 𝑆
1
2
⁄
𝑛 =
1
0.0325
∗ 0.30 ∗ 0.096 ∗ (
0.30 ∗ 0.096
0.30 + 2 ∗ 0.096
)
2
3
⁄
∗ 0.012
1
2
⁄
𝑛 = 0.0146
4.1.2 CÁLCULO DEL COEFICIENTE PROMEDIO DE MANNING
𝑛𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =
𝑛1 + 𝑛2 + 𝑛3 + 𝑛4
4
𝑛𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 =
0.0132 + 0.0119 + 0.0135 + 0.0146
4
𝑛𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 0.0133
4.1.3 COMPARACIÓN DE COEFICIENTES DE MANNING
Según cálculos
experimentales
en laboratorio
Según: MANUAL CRITERIOS DE DISEÑO DE OBRAS
HIDRÁULICAS PARA LA FORMULACIÓN DE PROYECTOS
HIDRÁULICOS, 2010 ANA, detalla que para una superficie muy
lisa (vidrio)
𝑛𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 0.0133 n=0.010

7. 5. TIPO DE FLUJO EN EL CANAL
Datos a usar para los cálculos:
Caso S (m/m) y (m) Q (m3/s) b (m)
1 0.015 0.036 0.0095 0.30
2 0.015 0.046 0.0152 0.30
3 0.012 0.054 0.0153 0.30
4 0.012 0.096 0.0325 0.30
5.1 CÁLCULO DEL TIRANTE CRÍTICO, NÚMERO DE FROUDE Y TIPO DE FLUJO PARA
CADA CASO.
1er Caso:
Tirante crítico: De la ecuación del tirante crítico
𝐴3
𝑇
=
𝑄2
𝑔
(𝑏 ∗ 𝑦𝑐)3
𝑏
=
𝑄2
𝑔
(0.30 ∗ 𝑦𝑐)3
0.30
=
0.00952
9.81
𝑦𝑐 = 0.0905m

8. Número de Froud:
𝐹 =
𝑉
̅
√𝑔 ∗ 𝐷
𝐹 =
𝑄
𝐴
√𝑔 ∗
𝐴
𝑇
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
0.0095
0.30 ∗ 0.036
√9.81 ∗ 0.036
𝐹 = 1.48
Tipo de flujo: Como F>1, entonces, Es un flujo supercrítico.
2do Caso:
Tirante crítico: De la ecuación del tirante crítico
𝐴3
𝑇
=
𝑄2
𝑔
(𝑏 ∗ 𝑦𝑐)3
𝑏
=
𝑄2
𝑔
(0.30 ∗ 𝑦𝑐)3
0.30
=
0.01522
9.81
𝑦𝑐 = 0.0947m

9. Número de Froud:
𝐹 =
𝑉
̅
√𝑔 ∗ 𝐷
𝐹 =
𝑄
𝐴
√𝑔 ∗
𝐴
𝑇
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
0.0152
0.30 ∗ 0.046
√9.81 ∗ 0.046
𝐹 = 1.6396
Tipo de flujo: Como F>1, entonces, Es un flujo supercrítico.
3er Caso:
Tirante crítico: De la ecuación del tirante crítico
𝐴3
𝑇
=
𝑄2
𝑔
(𝑏 ∗ 𝑦𝑐)3
𝑏
=
𝑄2
𝑔
(0.30 ∗ 𝑦𝑐)3
0.30
=
0.01532
9.81
𝑦𝑐 = 0.0948m

10. Número de Froud:
𝐹 =
𝑉
̅
√𝑔 ∗ 𝐷
𝐹 =
𝑄
𝐴
√𝑔 ∗
𝐴
𝑇
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
0.0153
0.30 ∗ 0.054
√9.81 ∗ 0.054
𝐹 = 1.2976
Tipo de flujo: Como F>1, entonces, Es un flujo supercrítico.
4to Caso:
Tirante crítico: De la ecuación del tirante crítico
𝐴3
𝑇
=
𝑄2
𝑔
(𝑏 ∗ 𝑦𝑐)3
𝑏
=
𝑄2
𝑔
(0.30 ∗ 𝑦𝑐)3
0.30
=
0.03252
9.81
𝑦𝑐 = 0.1158𝑚

11. Número de Froud:
𝐹 =
𝑉
̅
√𝑔 ∗ 𝐷
𝐹 =
𝑄
𝐴
√𝑔 ∗
𝐴
𝑇
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗
𝑏 ∗ 𝑦
𝑏
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
𝑄
𝑏 ∗ 𝑦
√𝑔 ∗ 𝑦
𝐹 =
0.0325
0.30 ∗ 0.096
√9.81 ∗ 0.096
𝐹 = 1.1658
Tipo de flujo: Como F>1, entonces, Es un flujo supercrítico.
6. ANÁLISIS Y EVALUACIÓN DE RESULTADOS
• El número de Froude es mayor que 1 y llegamos a la conclusión de que se trata de un
Flujo Supercrítico, donde se tiene una velocidad relativamente alta y poca profundidad,
prevalece la energía cinética, tanto el número de Froude Experimental y el número de
Froude del equipo son iguales debido a que tienen la misma velocidad, misma área y
espejo de agua.

12. • El coeficiente de Manning tomado según tabla, es del tubo de concreto ya que es al
calcular los coeficientes experimentales y de laboratorio se obtuvo un “n” promedio de
0.0133 y estableciendo según cálculos porcentaje de error está dentro del rango
establecido debido a que es menor al 3%.
• En definitiva, en la data de la pendiente 1, se requiere una energía mínima de 0.06m. para
que el flujo pueda está en movimiento.
• Se concluye que la data de la pendiente 2, requiere un tirante mínimo de 0,09 m. para
que el flujo se pueda transportar y se sea un flujo subcrítico.
7. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES
• Comparando el tirante crítico y el tirante normal se llegó a la conclusión que es un tipo de
flujo Supercrítico, debido a que el tirante Critico es mayor que el tirante normal, por lo
tanto, debe replantearse las medidas a otras que nos conlleven a poder obtener un flujo
subcrítico.
• Los tirantes críticos tanto en forma experimental y el registrado por el equipo son iguales
debido que no depende de la pendiente del fondo, solo depende del caudal, el área y el
espejo de agua.
• Se concluye que, a menor pendiente, se obtiene una menor velocidad del fluido.
• Se recomienda comparar con otras experiencias similares, si se confirma la tendencia de
este estudio.

13. 8. ANEXOS
9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Manual Criterios de Diseño de Obras Hidráulicas para la Formulación de
Proyectos Hidráulicos, 2010. ANA
• Villón Béjar Máximo, (1994)."Hidráulica de Canales Abiertos". Editorial McGraw-
Hill Latinoamericana, Bogotá. Reimpresión.
• Hidráulica de canales abiertos: Ed. McGraw-Hill. Ven Te Chow, Ph.