“AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA

SEGURIDAD ALIMENTARIA”FACULTAD DE INGENIERIA, ARQUITECTURA Y

URBANISMO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

INTEGRANTES :

YOVERA CAPUÑAY, Teresa Carolina

RAMIREZ OJEDA, Fernando Antonio

CURSO :

MECANICA DE FLUIDOS II

DOCENTE :

Ing. ZELADA ZAMORA, WILMER.

TEMA :

DETERMINACION DEL “n” DE MANNING EN FLUJO UNIFORME.

CICLO : AULA :

V I403 – “A”

PIMENTEL, 15 de Noviembre del 2013.

INTRODUCCION

 El flujo de canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos

fluyen por la acción de la gravedad y solo están parcialmente

envueltos por un contorno sólido. En el flujo de canales

abiertos, el líquido que fluye tiene superficie libre y sobre él no

actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión

atmosférica. El flujo en canales abiertos también tiene lugar en

la naturaleza, como en ríos, arroyos, etc., si bien en general,

con secciones rectas del cauce irregulares. De forma artificial,

creadas por el hombre, tiene lugar en los canales, acequias, y

canales de desagüe. E n la mayoría de los casos. Los canales

tienen secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares,

triangulares o trapezoidales. También tienen lugar el flujo de

canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como

tuberías de sección recta circular cuando el flujo no es a

conducto lleno. En los sistemas de alcantarillado no tiene lugar,

por lo general, el flujo a conducto lleno, y su diseño se realiza

como canal abierto. 

“DETERMINACION DEL “n”

DE MANNING EN FLUJO

UNIFORME”

1. OBJETIVOS:

GENERALES   :

☼ Determinar experimentalmente el coeficiente de

Manning del canal del laboratorio estableciendo un flujo

uniforme.

ESPECÍFICOS:

☼ Observar el comportamiento del flujo a lo largo de

diferentes longitudes.

☼ Verificar la validez de las ecuaciones que se describen

para hallar los caudales..

☼ Comprobar que las rugosidades halladas son iguales a la

rugosidad del material.

☼ Hallar también el número de froude.

2. HIPOTESIS:

Comprobar que la rugosidad debe ser igual para cada caudal y

tirante por ser el mismo material la sección.

3. MARCO TEORICO:

NUMERO DE FROUDE

El número de Reynolds y los términos laminar y turbulentos no

bastan para caracterizar todas las clases de flujo en los canales

abiertos.

El mecanismo principal que sostiene flujo en un canal abierto es

la fuerza de gravitación. Por ejemplo, la diferencia de altura

entre dos embalses hará que el agua fluya a través de un canal

que los conecta. El parámetro que representa este efecto

gravitacional es el Número de Froude, puede expresarse de

forma adimensional. Este es útil en los cálculos del resalto

hidráulico, en el diseño de estructuras hidráulicas y en el diseño

de barcos.

F= V

√g∗y

FLUJO PERMANENTE Y UNIFORME

El flujo uniforme permanente es el tipo de flujo fundamental

que se considera en la hidráulica de canales abiertos. La

profundidad del flujo no cambia durante el intervalo de

tiempo bajo consideración. En el caso especial de flujo

uniforme y permanente, la línea de alturas totales, la línea

de altura piezométricas y la solera del canal son todas

paralelas, es decir, son todas iguales sus pendientes.

La característica principal de un flujo permanente y uniforme

en canales abiertos es que la superficie del fluido es paralela

a la pendiente del canal, es decir, dy/dx = 0 o la profundidad

del canal es constante, cuando la pendiente final (Sf) es igual

a la pendiente inicial (So) del canal. Estas condiciones se dan

comúnmente en canales largos y rectos con una pendiente,

sección transversal y un revestimiento de las superficies del

canal homogéneo, caso tipito en regadíos. En el diseño de

canales es muy deseable tener este tipo de flujo ya que

significa tener un canal con altura constante lo cual hace

más fácil diseñar y construir. Las condiciones de flujo

permanente y uniforme solo se pueden dar en canales de

sección transversal prismáticas, es decir, cuadrada,

triangular, trapezoidal, circular, etc. Si el área no es uniforme

tampoco lo será el flujo. La aproximación de flujo uniforme

implica que la velocidad es uniforme es igual a la velocidad

media del flujo y que la distribución de esfuerzos de corte en

las paredes del canal es constante.

3.1. GENERALIDADES

El Engineer Irlandés Robert Manning propuso en 1889 una

fórmula para calcular la velocidad media en un canal con flujo

uniforme, la cual fue posteriormente modificada.

V=1nR23 S

0

12

Donde n es el coeficiente de rugosidad de Manning, R es

el radio hidráulico y S0 es la pendiente del fondo del canal. En

esta práctica trataremos de determinar el coeficiente de

Manning en un canal hidráulico de laboratorio representando un

canal artificial donde las rugosidades son conocidas.

Es de gran importancia el conocimiento, de los elementos

geométricos de una sección transversal, son aquellas

propiedades de la sección que pueden ser definidas

completamente por la geometría de la sección y la profundidad

del flujo, algunos elementos son los siguientes:

Profundidad del flujo (y).

Elevación de la superficie del agua.

Ancho superficial (T).

Perímetro mojado (P).

Radio hidráulico (R).

Profundidad hidráulica (D).

Factor de sección para flujo crítico.

Factor de sección para flujo uniforme.

3.2. COEFICIENTE DE MANNING (n).

Es un factor de seguridad determinado

experimentalmente solo para el agua. La ecuación de Manning

con un valor constante de n, es aplicable únicamente a flujos

turbulentos completamente rugosos.

Un valor apropiado de n, es necesario tener un

conocimiento cualitativo de los factores que afectan este valor,

ya que en muchas situaciones aplicadas, el valor (absoluto) de

n, es una función de muchas variables.

3.3. FACTOR QUE AFECTAN EL COEFICIENTE DE

RUGOSIDAD DE MANNING.

El valor de n es una variable y depende de una cantidad

de factores, al seleccionar un valor adecuado de n para

diferentes condiciones de diseño, un conocimiento de estos

factores debe ser considerado.

Los factores que ejercen la más grande influencia sobre el

coeficiente de rugosidad en ambos canales, artificial y natural

son entonces descritos a continuación:

a). Rugosidad de la Superficie.

Se presenta por el tamaño y la forma de los granos del

material que forma el perímetro mojado y que producen un

efecto retardante sobre el flujo. La superficie rugosa del

perímetro de un canal proporciona un punto crítico de

referencia en la estimación de n.

Cuando el material del perímetro es fino el valor de n es bajo y

relativamente no es afectado por cambios en el tirante del flujo,

sin embargo, cuando el perímetro es compuesto de grava y/o

piedras el valor de n es mayor y puede variar significativamente

con el tirante del flujo.

b). Irregularidad del Canal.

Comprende irregularidades en el perímetro mojado y

variaciones en la sección transversal, tamaño y forma a lo largo

de la longitud del canal. En los canales naturales, tales

irregularidades son introducidas normalmente debido a la

presencia de barras de arena, ondas arenosas, promotorias y

depresiones, hoyos y relieves en el lecho del canal,.

En las variaciones graduales tienen un efecto insignificante

sobre n, pero cambios abruptos mayores de n, de lo que podría

esperarse si se considera únicamente la superficie rugosa del

canal.

c). Obstrucción.

La presencia de troncos, pilares de puentes y semejantes

tiende a aumentar n, el monto del aumento depende de la

naturaleza de la obstrucción, su tamaño, forma, número y

distribución.

d). Nivel de agua y descarga.

El valor n, en la mayoría de las corrientes decrece con el

aumento en el nivel y en el caudal. Cuando el agua está baja

las irregularidades del fondo del canal están expuestas y sus

efectos se hacen pronunciados. Sin embargo, el valor de n,

puede ser grande para niveles altos si los bancos son rugosos y

con mucha vegetación.

3.4. DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE RUGOSIDAD

MANNING.

Con el objeto de proporcionar una guía en la

determinación apropiada, del coeficiente de rugosidad, se

nombrarán cuatro caminos generales.

Comprender los factores que afectan el valor de n, y así adquirir

un conocimiento básico del problema y reducir el ancho campo

de suposiciones.

Consultar un cuadro de valores típicos n, para canales de varios

tipos.

Examinar y hacerse familiar con la aparición de algunos canales

típicos cuyos coeficientes de rugosidad son conocidos.

Determinar el valor de n, a través de un procedimiento analítico

basado sobre la distribución teórica de la velocidad en la

sección transversal del canal y sobre los datos de medidas de

velocidad o de rugosidad.

4. EQUIPOS Y MATERIALES:

CANAL RECTANGULAR

CINTA METRICA

ESCALIMETRO

LIMNIMETRO

GRUPO DE ALIMENTACIÓN HIDRÁULICA BÁSICO

(FME00/B).

CAUDALIMETRO

5. PROCEDIMIENTO:

Nivelamos el canal aproximándolo a una pendiente (S) que

sea igual a cero.

Encendemos el motor.

Apuntamos el caudal dado por el caudalimetro.

Determinamos la profundidad “Y” del tirante por medio del

limnimetro con una pendiente horizontal en el punto donde

estimamos el comportamiento de Movimiento Uniforme.

Realizamos tres lecturas para cada caudal, utilizando

limnimetro .

Hacemos 4 pruebas es decir cambiando el caudal en el

caudalimetro.

6. DATOS Y CALCULOS

7. CONCLUSIONES ☼ Comprobamos que la rugosidad hallada con los datos de

laboratorio tiene alguna diferencia con la rugosidad teórica

del material

8. RECOMENDACIONES:

☼ Se recomienda trabajar en equipo y de manera ordenada

para poder obtener resultados reales y de manera más

óptima.

☼ La designación de labor a cada uno de los integrantes de

grupo nos ayuda a trabajar de manera eficaz en el

experimento.

9. ANEXOS: