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MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE HIDRÁULICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Ramiro Marbello Pérez
SEDE MEDELLÍN Escuela de Geociencias y Medio Ambiente
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MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE HIDRÁULICA es un estructurado soporte teórico
para las prácticas básicas de Laboratorio de Hidráulica Aplicada, y un conjunto de guías didácticas
para la realización de las mismas.
Esencialmente, comprende la fundamentación teórica y la descripción experimental de ocho
prácticas de laboratorio, y un anexo de herramientas computacionales, como complemento del
curso teórico-práctico de Hidráulica de Canales.
El presente trabajo es el producto de 23 años de experiencia de su autor, en el ejercicio docente, a
través de la enseñanza de las asignaturas Mecánica de Fluidos, Flujo a Superficie Libre,
Laboratorio de Hidráulica Aplicada, Hidráulica, Acueductos y Alcantarillados, y Tratamiento de
Aguas.
A partir del segundo capítulo, el libro presenta la fundamentación de todas y cada una de las
prácticas de laboratorio correspondientes al curso teórico. En cada una de ellas, inicia planteando
los objetivos perseguidos por la práctica correspondiente, continúa con un amplio desarrollo de los
fundamentos teóricos sobre los cuales se apoya la misma. En esta parte se ilustran clara y
secuencialmente los conceptos básicos del tema considerado, y se deduce, paso por paso, la gran
mayoría de las ecuaciones y fórmulas básicas del curso de Hidráulica. Posteriormente, se describe
el procedimiento a seguir durante la realización de la experiencia de laboratorio, complementada
con un esquema de la instalación física de la práctica, y con modelos de tablas para el registro de
datos medibles y calculables, encabezadas con leyendas y nombres de las variables hidráulicas
que participan en dicha práctica de laboratorio . Además, se explica la manera de hacer los cálculos
numéricos y las gráficas que evidencien las variaciones y el comportamiento de las variables
hidráulicas comprometidas en el fenómeno estudiado.
Al final de cada capítulo, es decir, de cada práctica, se plantea un cuestionario que deberá
responder el estudiante, a fin de estimular su capacidad analítica y su grado de asimilación de la
experiencia de laboratorio.
Entre los aspectos relevantes de este trabajo, cabe destacar los siguientes aportes:
La introducción de cuatro nuevas prácticas de Laboratorio de Hidráulica Aplicada, y son: Energía
Específica y Flujo Crítico, Medidores de Régimen Crítico, Flujo Uniforme y Determinación de la
Rugosidad en Canales, y Flujo Gradualmente Variado y Perfiles de Flujo.
1. INTRODUCCIÓN
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La deducción rigurosa y detallada de numerosas ecuaciones fundamentales para el ejercicio de
la Hidráulica Aplicada. Entre éstas, vale la pena resaltar la ecuación de las profundidades
alternas del flujo a través de una compuerta plana y rectangular, y la ecuación de la eficiencia de
conversión de energía del Resalto Hidráulico, las cuales no se presentan en los textos clásicos
de Hidráulica.
La descripción secuencial de la marcha de cada práctica de laboratorio y los modelos de
tabulación de los datos experimentales.
La numerosa ilustración gráfica de los conceptos teóricos, a lo largo del texto, y de los
procedimientos experimentales.
La deducción de las ecuaciones para el caudal de flujo en medidores de régimen crítico.
La deducción de la ecuación de resistencia de Darcy & Weisbach, combinada con la ecuación de
Colebrook & White, para el cálculo del flujo uniforme en canales abiertos.
Una amplia documentación de la práctica de Hidrometría y Aforo de Corrientes Naturales.
La deducción de las relaciones adimensionales v/vLL y Q/QLL , indispensables para el diseño de
conductos circulares con flujo uniforme, es decir, los colectores de alcantarillados, sin necesidad
de ábacos, ni tablas de diseño.
Un completo y detallado análisis de los perfiles de flujo gradualmente variado.
La elaboración y presentación de 10 programas de calculadora, en lenguaje BASIC, a fin de
facilitar los dispendiosos cálculos iterativos, inevitables en la aplicación de esta disciplina técnica.
Estas herramientas computacionales son:
Programa para el Cálculo de los Elementos Geométricos de la Sección Transversal del Flujo.
Programa para el Cálculo de las Profundidades Alternas del Flujo.
Programa para el Cálculo de la Profundidad Crítica del Flujo, y de la Pendiente Crítica del
Canal.
Programa para el Cálculo de las Profundidades Conjugadas del Flujo.
Programa para el Cálculo de la Profundidad Normal, a partir de la Ecuación de Manning.
Programa para el Cálculo de la Profundidad Normal, a partir de la Ecuación de Darcy &
Weisbach - Colebrook & White.
Programa para el Cálculo de Perfiles de Flujo Gradualmente Variado, por el Método del
Paso Directo.
Programa para el Cálculo de Perfiles de Flujo Gradualmente Variado, por el Método del
Paso Estándar.
Programa para el Cálculo de Perfiles de Flujo Gradualmente Variado, por el Método Runge -
Kutta de Orden 4.
Algoritmo de Steffensen para el Cálculo de las Raíces de Ecuaciones No-Lineales, de
cualquier orden.
Su contenido, su estructuración y los aportes arriba destacados, hacen de este libro un texto de
apoyo y consulta para estudiantes de las carreras de Ingeniería Civil, Ingeniería Sanitaria, Ingeniería
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Agrícola, Ingeniería Ambiental, Ingeniería Eléctrica e Ingeniería de Minas, y para profesores y
profesionales en ejercicio, comprometidos con los procesos de aprehensión, enseñanza y aplicación
de los conceptos teóricos y prácticos de la Hidráulica de Canales.
Obviamente, este trabajo, resultado del gran esfuerzo que lleva consigo la tarea de recopilar,
estudiar, estructurar, redactar, esquematizar, digitalizar y presentar unas notas de clases, para un
curso técnico, de elevado rigor físico-matemático, es susceptible de comisión de errores y, por
supuesto, de sugerencias y modificaciones. Bienvenidas, pues, estas últimas, y mejor aún, si son
objetivas y vienen acompañadas de la manera de cómo acometerlas.
Sugerencias, recomendaciones y correcciones a este trabajo podrán hacerse, dirigiéndose a la
Escuela de Geociencias y Medio Ambiente, de la Universidad Nacional de Colombia - Sede
Medellín, Apartado Aéreo No. 1027, o a la dirección electrónica: [email protected].