Universidad de Guayaquil Facultad de ciencias Matemáticas y Física Escuela de ingeniería civil HIDRAULICA II ENSAYO DE Resalto Hidráulico INTEGRANTES: o o o o
Chilan A. Jorge Luis Flores A. Gian Carlos Ortega R. Cristian L. Barahona A. Aníbal Andrés
Profesor: Ing. Josué Rodríguez Grupo: 2B Año lectivo 2015-2016 CII
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TABLA DE CONTENIDO GLOSARIO DE TÉRMINOS ............................................................................................................................... 3 RESUMEN ....................................................................................................................................................... 4 ABSTRACT ................................................................................................................................................... 4 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................................. 5 OBJETIVOS: ..................................................................................................................................................... 5 Objetivo general ......................................................................................................................................... 5 Objetivo específico ..................................................................................................................................... 5 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................................ 6 RESALTO HIDRAÚLICO ................................................................................................................................ 6 APLICACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO. ............................................................................................... 7 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL SALTO HIDRÁULICO................................................................................. 8 TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO .................................................................................................................... 9 ESQUEMA TIPO ............................................................................................................................................10 PROCEDIMIENTO ..........................................................................................................................................10 FORMULARIO ...............................................................................................................................................11 ......................................................................................................................................................................12 CÁLCULO TIPO ..............................................................................................................................................13 CUADROS DE CÁLCULOS ..............................................................................................................................15 DIAGRAMAS ....................................................................................................
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CONCLUSIONES ............................................................................................................................................16 RECOMENDACIONES ....................................................................................................................................16 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................................................16 ANEXOS ........................................................................................................................................................17
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GLOSARIO DE TÉRMINOS
VARIABLES
DESCRIPCIÒN
UNIDADES
Qc
Caudal constante
A2 A1
Área 2 Área 1
(cm²) (cm²)
Lc Lm
Longitud del resalto calculado Longitud del resalto medido
(cm) (cm)
b
Base del canal
Fc1 Fc2
Numero de Froude calculado 1 Numero de Froude calculado 2
ΔH
Perdida de energía
v1/2g
Carga de velocidad en y1
v2/2g yc2
Carga de velocidad en y2 Altura calculada 2
yc1
Altura calculada 1
ym2
Altura medida 2
ym1 yc g v1 v2 E1 E2 q Fa
Altura medida 1 calado critico Aceleración debido a la fuerza de gravedad Velocidad 1 Velocidad 2 Energía 1 Energía 2 Caudal unitario Numero de froude calculado por abaco
(cm3/s)
(cm)
(cm²/s) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm/s²) (cm/s) (cm/s)
(cm²/s)
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RESUMEN
El siguiente laboratorio de hidráulica consta de un experimento que relaciona a través de un modelo de escurrimiento los temas de Resaltos Hidráulicos vistos en clase. Esta experiencia permite inferir y deducir el comportamiento de un escurrimiento en canal de tipo abierto por medio de una compuerta variable por la cual circula un caudal de agua a través de una sección rectangular. En donde se hizo variar la altura de la compuerta respecto de la base de tal forma de generar un resalto y también ver cómo se comporta al ahogar este resalto. En este informe se presentarán los datos obtenidos del laboratorio con su respectivo análisis de tal forma de poder concluir los diversos tópicos asociados a la materia de resalto hidráulico.
ABSTRACT
The following hydraulic laboratory consists of an experiment that relates to issues of hydraulic ridges seen in class through a model of runoff. This experience allows you to infer and deduct the behavior of a runoff channel type opened by means of a variable gate through which circulates water flow through a rectangular section. Where was made to vary the height of the gate with respect to the base in such a way of generating a jump and also see how it behaves to drown this jump. This report will present the data obtained from the laboratory with its respective analysis in such a way to conclude the various topics associated with hydraulic jump stuff.
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INTRODUCCIÓN
El resalto hidráulico es el fenómeno que se genera cuando una corriente supercrítica, es decir, rápida y poco profunda, cambia súbitamente a subcrítica, esto es, se vuelve una corriente lenta y profunda. Este fenómeno es de central importancia en la Hidráulica de Canales. Para la obtención de los calados conjugados y1 (rápido) e y2 (lento) en este proceso, se aplica la ecuación de la conservación de la cantidad de movimiento.
OBJETIVOS: Objetivo general
Observar y comprender bajo qué condiciones se produce un salto hidráulico y que parámetros intervienen para que se genere este.
Objetivo específico Determinar los elementos del salto hidráulico simple tales como tirantes conjugados y longitud del salto a través de una compuerta. Aplicar e interpretar la aplicación del resalto hidráulico con base en los datos obtenidos en un canal de laboratorio, de acuerdo con el cálculo de la fuerza específica, el número de Froude, la longitud del resalto, entre otros. Establecer el tipo de resalto presentado en la práctica y la eficiencia del mismo. Calcular las pérdidas de energía ocasionadas en un resalto hidráulico.
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MARCO TEÓRICO RESALTO HIDRAÚLICO
El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad. Este fenómeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de supercrítico a subcrítico.
Se considera la sección (1) en régimen rápido justo antes del resalto y la (2), ya en movimiento uniforme después del resalto, en régimen lento. En las secciones (1) y (2) puede suponerse una distribución hidrostática de presiones. La relación de calados resultante aguas arriba y abajo del resalto se obtiene de aplicar las ecuaciones de la cantidad de movimiento y de continuidad. Para los puntos asignados como 1 y 2 se tiene:
− = ∗ − ∗ − = ∗ ( −) Deduciendo las fórmulas anteriores se obtiene:
= 12 (√ 1 +8() −1) Siendo (F 1 )²= (V 1 )²/ (g*y). 6
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En donde: g: aceleración de la gravedad. v: velocidad de flujo. y: profundidad de flujo. Las profundidades “y 1” y “y2”, se llaman profundidades conjugadas o secuentes, y tienen la
particularidad que la función Momentum (M) es la misma para ambas profundidades, mientras que existe una variación de la energía específica, debida a la pérdida de energía producida por el resalto. La longitud del resalto (L) no puede determinarse teóricamente, existiendo varias correlaciones experimentales. Aproximadamente, puede tomarse: L = 5(y2- y1) (Matzke)
APLICACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO. Las aplicaciones de este fenómeno local en la ingeniería civil, son:
Para la disipación de la energía del agua escurriendo por los vertederos de las presas y otras obras hidráulicas, y evitar así la socavación aguas abajo de la obra.
Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de medida y así mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propósitos de distribución de agua.
Para incrementar peso en la cuenca de disipación y contrarrestar así el empuje hacia arriba sobre la estructura.
Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrás el nivel aguas abajo, ya que la altura será reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto. 7
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Para indicar condiciones especiales del flujo, tales como la existencia del flujo supercrítico o la presencia de una sección de control siempre que se pueda ubicar una estación de medida.
Para mezclas químicas usadas para purificar el agua.
abastecimiento de agua a las ciudades.
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL SALTO HIDRÁULICO
Las principales características de los saltos hidráulicos en canales rectangulares horizontales son:
Pérdida de energía
La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica antes y después del salto. Se puede mostrar que la pérdida es:
a).- Para el salto hidráulico simple: E
y
2
y1
3
4 y1 y2
b).- Para el salto hidráulico forzado: E y y 1
2
q 2
1 1 2 g y y 2
1
2
2
Eficiencia
La relación de la energía específica después del salto a aquella antes del salto se define como eficiencia del salto. Se puede mostrar que la eficiencia del salto es:
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TIPOS DE SALTO HIDRÁULICO Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation en función del número de Froude del flujo.
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ESQUEMA TIPO
PROCEDIMIENTO
Descripción del procedimiento
Ajustar el canal para una pendiente positiva moderada y revisar que no existan bloques a la salida del mismo.
Determinar las características geométricas del canal en que se va a realizar el ensayo.
Fijar un punto estratégico en el canal donde ubicaremos la compuerta.
Instalar correctamente la compuerta procediendo a sellar todos los espacios entre el canal y la compuerta para evitar filtraciones dentro del canal.
Se necesita limnímetros aguas arriba del vertedor.
Encender el equipo de bombeo.
Ajustar la válvula de compuerta para un gasto deseado, es decir una distancia (a).
Esperar hasta que se establezca el ciclo de flujo en el equipo
Medir la altura del agua (y1).
Medir la distancia que exista entre la compuerta y el punto donde genera la contracción de la vena de agua.
Medir la altura del agua (y2). 10
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Obtener la velocidad del agua en el punto y1 y y2.
Medir la longitud del resalto (L)
Repetir los tres últimos pasos con aberturas diferentes afectando las alturas del fluido.
FORMULARIO
Áreas (A1 y A2)
=×
Velocidades (V1 Y V2)
= ×
=× = ×
Energía (E1 y E2) .
= () +
Caudal
= () +
unitario (q)
= / 11
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Número de froude calculado (F1 Y F2 cal)
() = √ × Calado
() = √ ×
crítico
=
Altura calculada (y1 y y2 cal)
=
∗ − ± − ∗
= (−+ + )
Longitud del resalto (L)
=, ()
Pérdida de energía
∆=− 12
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CÁLCULO TIPO VELOCIDAD 1
21 =11.60 1 =11.60∗2∗98.1 1 =150.78 /
VELOCIDAD 2
22 =4.05 2 =4. 05∗2∗98.1 2 =89.10 /
AREA 1
AREA 2
A1=b*Y1
A2=b*Y2
A1=29.80*5.60
A2=29.80*12.30
A1= 166.88cm²
A2=366.54cm²
CAUDAL 1
CAUDAL 2
Q1=A1*V1
Q2=A2*V2
Q1=166.88*150.78/1000 Q1=25.16 L/s
Q2=366.54*89.10/1000 Q2=32.66 L/s
CAUDAL MEDIO Qm= (Q1+Q2)/2 Qm=(25.16+32.66)/2 Qm=28.91L/s
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CAUDAL UNITARIO q= Qm/b q=
.. / ∗ ³
q=970.13 cm²
MOMENTUM 1
MOMENTUM2
1=ℎ1∗1+ ∗² 1= . ∗166.88+ (..∗)² ∗. 1=51520.43 ³
2=ℎ2∗2+ ∗² 2= . ∗366.54+ (..∗)² ∗. 2=25497.94
MOMENTO UNITARIO 1
MOMENTO UNITARIO 2
m1= + . . 1= + .∗.
1=1728.87 ²
m2= + . . 2= + .∗.
2=855.64 ²
CALADO CRITICO
= 970.13 = 98.1 =21.25
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/
Calculo de velocidad (
)
2 = v =√ (2)(981)(5.60) = 150.78 cm/s
CUADROS DE CÁLCULOS
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CONCLUSIONES
Se analizaron las pérdidas de energía que se producen en el resalto, se determinó que estas son directamente proporcionales al número de Froude.
Se comprobó que al modificar la altura de una compuerta en un canal se provocan distintas configuraciones en el escurrimiento del agua, dándose lugar en algunos casos y dependiendo de la apertura a un resalto hidráulico de distinto tipo.
A mayor caudal, mayor es el Y2 calculado. Yc es más alto en el caudal mayor.
RECOMENDACIONES Colocar muy bien la compuerta plana procurando que no se vaya a deslizar con el agua y que no haya filtraciones por los bordes del mismo. Utilizar aparatos de precisión, para poder realizar cálculos lo más cercano posible a la realidad. Tomar las lecturas los más rápido y preciso, de tal manera obtener cálculos correctos y evitar errores.
BIBLIOGRAFÍA STREETER V. Mecánica de Fluidos; Mc Graw Hill, 9ª Ed. 1999. CHOW V. T. Hidráulica de Canales Abiertos, Mc Graw Hill, 1994.
http://artemisa.unicauca.edu.co/~hdulica/11_resalto.pdf https://www.academia.edu/7171023/INFORME Guías De Laboratorio De Hidráulica II. Departamento De Hidráulica. UNI. V.L.Streeter - Mecánica De Los Fluidos Hidráulica de Canales Abiertos. Richard H. French. Edición I. McGraw – Hill de México. 1988. 16
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ANEXO
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