RESALTO HIDRAULICO
[email protected] [email protected] DEBY JURADO DUARTE INTRODUCCION
Los saltos hidráulicos ocurren cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensión del canal. Este puede producirse en cualquier canal, pero en la práctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal, ya que el estudio de un resalto en un canal con pendiente es un problema complejo y difícil de analizar teóricamente. PALABRAS CLAVE: Resalto hidráulico, alturas. 1. OBJETIVOS
Objetivo general:
.1
.2
Identificar el tipo de flujo Objetivos específicos:
Clasificar el tipo de resalto que se genera, por medio del cálculo del número de Fraude. Determinar la disipación de energía que producen los diferentes tipos de resaltos hidráulicos. Medir la longitud del resalto Lr y compararla con las distintas formulas empíricas que rigen su comportamiento.
2. MARCO TEORICO
: En un principio, la teoría 2.1Resal 2.1Resalto to h i drá dr ául i co
del resalto desarrollada corresponde a canales horizontales o ligeramente inclinados en los que el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto sobre su comportamiento y, por consiguiente, no se considera en el análisis. Sin embargo los resultados obtenidos de este modo pueden aplicarse a la mayor parte de los canales encontrados en problemas de ingeniería. Para canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el análisis. : Para un 2.2 Res Resalto en canal canal es rectangul ares
flujo supercrítico en un canal rectangular horizontal, la energía del flujo se disipa a través de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso en la velocidad y un incremento en la profundidad en la dirección del flujo. Un resalto hidráulico se formara en el canal si el número de Froude (F1) del flujo, la profundidad del flujo (Y1)y la profundidad (Y2) aguas abajo satisfacen la ecuación: Y2/Y1 = 1/2 [(1 + 8 F12)1/2 - 1] 2.3 Resalto en canales inclinados: En el
análisis de resaltos hidráulicos en canales
pendientes o con pendientes apreciables, es esencial considerar el peso del agua dentro del resalto, por esta razón no pueden emplearse las ecuaciones de momentum, ya que en canales horizontales el efecto de este peso es insignificante. Sin embargo puede emplearse una expresión análoga a la ecuación utilizando el principio de momentum que contendrá una función empírica que debe determinarse experimentalmente. 2.4 Clasifi cación: cación: Los resaltos hidráulicos en
fondos horizontales se clasifican en varias clases y en general esta clasificación se da, de acuerdo con el número de Froude (F1) del flujo entrante. Para F1=1 el flujo es critico y por consiguiente no se firma resalto, para 1.0
9.0 el chorro de alta velocidad choca con paquetes de agua intermitentes que corren hacia abajo a lo largo de la cara frontal del resalto generando ondas hacia aguas abajo y puede prevalecer una superficie rugosa, la acción del resalto es brusca pero efectiva produciéndose entonces el resalto fuerte.
4.2 Calculo del área y del caudal tabla N°2 y 3.
3. PROCEDIMIENTO
. Encender el sistema de bombeo y poner el 3.1
canal rectangular en posición horizontal. . Abrir la válvula de compuerta que regula el 3.2 caudal en el canal y esperar que se estabilice. . Con ayuda de las dos compuertas y de la 3.3 variación del caudal, propiciaremos las condiciones ideales para la generación de cada uno de los Tipos de resalto. . Medir los tirantes en las secciones 1 y 2. 3.4 3.5 Calcular el número de Fraude en la sección 1, con el fin de determinar qué tipo de resalto
Ancho [cm]
N 1 2 3 4 5
del
canal
41,2
Y1
Y2
7 3,8 4,5 5,5 3
10,5 10,7 11,2 10,7 10,9
A1 0,0288 0,0157 0,0185 0,0227 0,0124
A2 0,0433 0,0441 0,0461 0,0441 0,0449
hidráulico es “mirar la clasificación en la tabla”.
3.6 Calcular las Fuerzas específicas en las
secciones 1 y 2. El resalto hidráulico se ubicara en el punto donde estas dos fuerzas se compensen (sean iguales). Calcular el error entre estas dos fuerzas. 3.7 Registrar la longitud del resalto Lr, y compararla con las distintas ecuaciones. Calcular sus respectivos errores y observar con cual obtenemos menores errores. 3.8 Determinar en las secciones 1y 2: La velocidad media V, en m/s. 4.7 Determinar el tirante crítico del flujo. 3.9 Calcular la disipación de energía ΔS en cada uno de los resaltos hidráulicos y su eficiencia ½. 4.10 Graficar en un solo plano el resalto hidráulico, la curva de momentum y energía especifica. Identificar en la grafica las alturas conjugada y crítica, y la disipación de energía ΔS. 3.9 Graficar en un solo plano el resalto hidráulico, la curva de momentum y energía especifica. Identificar en la grafica las alturas conjugada y crítica, y la disipación de energía ΔS.
4. CALCULOS 4.1 Froude: cálculo
N
Y spillway [cm] Q[m3/s]
q
1
5,5
0,01388
0,0337
2
5,4
0,01351
0,0328
3
5,6
0,01426
0,0346
4
5,5
0,01388
0,0337
5
5,2
0,01276
0,031
4.3 Cálculo de momento, tabla N°4.
N
Y1
Y2
q
M1
1
10,5 10,7 11,2
0,03 0,03 0,03
0,0261 0,0160
39%
2 3
7 3,8 4,5
0,0766 0,0153 0,0614 0,0160
80% 74%
4 5
5,5 3
10,7 10,9
0,03 0,03
0,0398 0,0158 0,1092 0,0142
60% 87%
Ta bl a N° 4 cálc ul o del moment o y err o
del número de froude tabla
N°1.
N
Y1
Y2
LR
Ysp w Fr
tipo resalto
1 7 10,5 34,2 0 5,5 2 3,8 10,7 43,8 1,6 5,4
6,6 1,37 Ondular 5 2,32 Débil
3 4,5 11,2 49 1,6 5,6 4 5,5 10,7 43,5 0 5,5
5,5 2,08 Débil 6 1,7 Ondular
5 3
3,5 2,9
10,9 41
3,5 5,2
de
4.4 Delta de la energía, tabla N°5. ( ) ( ) 4.5 Energía en la altura dos, tabla N°5.
:
Ondular
Tabl a N°1 tipo de resalto y nu mero de fr aude
M2
4.6 Eficiencia, tabla N°5.
EM
N
Y1
Y2
1 2
7
10,5
3 4
3,8 4,5 5,5
10,7 11,2 10,7
5
3
10,9
E2
Ef
0,15 2,02
10,5 10,7
1% 19%
1,49 0,6
11,2 10,7
13% 6%
3,77
10,9
35%
Tabl a N° 5, Ef ici encia. 5. CONCLUSIONES
5.1. Aunque existieron errores en la toma de
datos se pudo comprobar que el número de Froude nos da una idea del tipo de resalto que se presenta y la disipación que este tiene. 5.2. La Estimación del resalto en campo no es muy exacta. Precisamente por su dificultad para ser medida puede generar error, se recomienda hacer más mediciones y sacar un promedio para así sacar un rango menor de erro y llegar a la aproximación más exacta.
6. BIBLIOGRAFIA
[1] guías de laboratorio de hidráulica aplicada de la universidad industrial de Santander, por el profesor ADRIÁN DAVID RODRÍGUEZ SUÁREZ. [2] Revista Escuela colombiana de ingeniería "La instrumentación en la operación y seguridad de las presas"1995FONCECA HERRERA, Néstor Enrique.
