Informe-Resalto-Hidraulico

RESUMEN 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, esto ocurre cuando hay un conflicto entre los controles que se encuentran aguas arriba y aguas abajo, los cuales influyen en la misma extensión del canal,  puede producirse en cualquier canal, pero en la práctica los resaltos se obligan a formarse en canales de fondo horizontal este fenómeno se presenta de varios tipos como lo son (ondular, débil, oscilantes, fuertes, estables). Donde el número de Froude va desde menor que uno a mayor que nueve y estos a la vez presenta un estado de fuerzas en equilibrio. El siguiente informe de laboratorio de hidráulica consta de un experimento que relaciona a través de un modelo de escurrimiento los temas de Resaltos Hidráulicos vistos en catedra, 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, se presentaran 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. Este informe consta de dos experiencias diferentes en donde se hizo variar la altura de la compuerta respecto de la base de tal forma de generar un resalto donde se medirán los tirantes conjugados, longitud de resalto y también mediante las ecuaciones de resalto donde se hará una comparación de lo medido con lo calculado.

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ÍNDICE DE CONTENIDO 1.- OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................................................... 3 1.1

OBJETIVO OBJETIV O GENERAL ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ..................... .... 3

2.- APLICACIONES DE LA PRÁCTICA ..................................................................................................... 4 3.- MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................ 6 1.2

OBJETIVOS OBJETIV OS ESPECÍFICICOS ESPECÍFICICO S.................................. ................. .................................. ................................... .................................... .............................. ............ 3

3.1. INTRODUCCIÓN. - ..................................................................................................................... 6 3.2 ECUACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO PARA DIFERENTES FORMAS DE SECCIÓN ........... ................ ..... 9 3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR .................................................................................................... 9 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL .................................................................................................... 11 3.2.3 SECCIÓN PARABÓLICA ...................................................................................................... 12 3.3 ALTURA DE UN RESALTO HIDRÁULICO, HRH. - ........................................................................ 13 3.4 TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO. ............................................................................................ 13 3.4.1 TIPOS DE R.H., SEGÚN SU POSICIÓN. ............................................................................... 13 3.4.2 TIPOS DE R.H., SEGÚN EL NÚMERO DE FROUDE, F1. ................. .......................... ................... ................... .................. ........... 14 3.5 LONGITUD DEL RESALTO ......................................................................................................... 16 3.6 Eficiencia del resalto hidráulico,.............................................................................................. 19 4.- APARATOS, INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS ..................... .............................. .................. .................. .................. ........... .. 20 4.1 ESQUEMA DE AFORO POR METODO AREA VELOCIDAD (CANAL REHBOCK) ....................... .......................... ... 20 ........................................................................................................................................................... 20 5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA............................................................................................... 21 4.2 EQUIPOS .................................................................................................................................. 21 4. 3 INSTRUMENTOS ..................................................................................................................... 22 4.5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA ........................................................................................... 22 6.- HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS ......................................................................................... 23 7.- CÁLCULO ...................................................................................................................................... 24 7.1 DATOS INICIALES Y COMPLEMENTARIOS ................................................................................ 24 7.2 DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS ............................................................................................. 25 RESALTO HIDRAULICO

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ÍNDICE DE CONTENIDO 1.- OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA ........................................................................................................... 3 1.1

OBJETIVO OBJETIV O GENERAL ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ..................... .... 3

2.- APLICACIONES DE LA PRÁCTICA ..................................................................................................... 4 3.- MARCO TEÓRICO ............................................................................................................................ 6 1.2

OBJETIVOS OBJETIV OS ESPECÍFICICOS ESPECÍFICICO S.................................. ................. .................................. ................................... .................................... .............................. ............ 3

3.1. INTRODUCCIÓN. - ..................................................................................................................... 6 3.2 ECUACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO PARA DIFERENTES FORMAS DE SECCIÓN ........... ................ ..... 9 3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR .................................................................................................... 9 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL .................................................................................................... 11 3.2.3 SECCIÓN PARABÓLICA ...................................................................................................... 12 3.3 ALTURA DE UN RESALTO HIDRÁULICO, HRH. - ........................................................................ 13 3.4 TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO. ............................................................................................ 13 3.4.1 TIPOS DE R.H., SEGÚN SU POSICIÓN. ............................................................................... 13 3.4.2 TIPOS DE R.H., SEGÚN EL NÚMERO DE FROUDE, F1. ................. .......................... ................... ................... .................. ........... 14 3.5 LONGITUD DEL RESALTO ......................................................................................................... 16 3.6 Eficiencia del resalto hidráulico,.............................................................................................. 19 4.- APARATOS, INSTRUMENTOS INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS ..................... .............................. .................. .................. .................. ........... .. 20 4.1 ESQUEMA DE AFORO POR METODO AREA VELOCIDAD (CANAL REHBOCK) ....................... .......................... ... 20 ........................................................................................................................................................... 20 5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA............................................................................................... 21 4.2 EQUIPOS .................................................................................................................................. 21 4. 3 INSTRUMENTOS ..................................................................................................................... 22 4.5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA ........................................................................................... 22 6.- HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS ......................................................................................... 23 7.- CÁLCULO ...................................................................................................................................... 24 7.1 DATOS INICIALES Y COMPLEMENTARIOS ................................................................................ 24 7.2 DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS ............................................................................................. 25 RESALTO HIDRAULICO

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7.3 GRÁFICAS ................................................................................................................................. 28 7.4 TABLA DE RESULTADOS ........................................................................................................... 29 8.- ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................... 30 8.1 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ......................................................................................... 30 8.2 RELACION DE VARIABLES ........................................................................................................ 31 9.- CONCLUCIONES ............................................................................................................................ 31 10.- RECOMENDACIONES .................................................................................................................. 32 11. Bibliografía.................................................................................................................................. 32

INDICE DE FIGURAS

FIGURA N° 1 ESTRUCTURA DE DISIPACION CON PERFIL CREAGER Y CUENCO AMORTIGUADOR CON DENTELLONES ........................................................................ .................................. ...................................... 4 FIGURA N° 2 CUENCO AMORTIGUADOR ................................................ .................................................................... .................... 5 FIGURA N° 3 COLCHON DISIPADOR DE ENERGIA CENTRAL HIDROELECTRICA RUCUE................................................ ...................................................................................................... ................................................................................... ............................. 5

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Clasificación de los resaltos hidráulicos, según la U.S.B. R .......................... 15 Tabla 2 DATOS INICIALES 1 ............................................................................................ ........................................................ .................................... 24 Tabla 3 DATOS INICIALES 2 ............................................................................................ ........................................................ .................................... 24 Tabla 4 RESULTADOS DE LA PRACTICA .................................................... ...................................................................... .................. 29 Tabla 5 COMPARACION DE CALCULOS ..................................................... ....................................................................... .................. 29

INDICE GRAFICAS No se encuentran elementos de tabla de ilustraciones.

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1.- OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA 1.1 OBJETIVO GENERAL 

Aplicar los conocimientos obtenidos en catedra que relacione el tema de Resalto Hidráulico en un modelo real de escurrimiento en un canal de sección rectangular

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICICOS 





Calcular el caudal del flujo atreves de la ecuación del vertedero Observar los diferentes tipos de resalto que se forman en la práctica en un canal horizontal. Observar el comportamiento de un resalto hidráulico generado por el paso de agua a través de una compuerta.



Analizar el número de Froude y su aplicación a canales abiertos y resaltos



Verificar las ecuaciones teóricas para el fenómeno del resalto hidráulico.



Hallar la longitud del resalto hidráulico

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2.- APLICACIONES DE LA PRÁCTICA Un parámetro importante en el diseño de obras hidráulicas es la longitud del resalto. Que definirá la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y aplicar medidas de protección de la superficie para incrementar su resistencia a los esfuerzos cortantes, donde los conceptos que se basan el resalto hidráulico tienen aplicación directa en: Diseño de estructuras hidráulicas de disipación (Colchón amortiguador).

 FIGURA N° 1 ESTRUCTURA DE DISIPACION CON PERFIL CREAGER Y CUENCO AMORTIGUADOR CON  DENTELLONES

(Fuente : http://mapio.net/pic/p-14020400/ )

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 FIGURA N° 2 CUENCO AMORTIGUADOR

(Fuente: http://mapio.net/pic/p-14020400/ )

 FIGURA N° 3 COLCHON DISIPADOR DE ENERGIA CENTRAL HIDROELECTRICA RUCUE

(Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=V2V5gQVcNAw )

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3.- MARCO TEÓRICO 3.1. 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, por lo cual se trata aquí con suficiente amplitud. Considérese el comportamiento del flujo en un canal de sección uniforme, cuya pendiente cambia gradualmente de S01 < SC a S02 > SC, como se muestra en la Figura 1a.

 FIGURA N° 4 Transiciones de régimen subcrítico a supercrítico debidos a cambios de pendiente

Para un caudal constante y una sección transversal uniforme, la Línea de Profundidades Críticas, L.P.C. es paralela al fondo del canal, y en la primera zona, en donde S 01 < SC, el  perfil de la superficie libre queda por encima de dicha línea y la energía específica es mayor que la Emín. La profundidad, y la energía específica disminuyen continuamente a medida que aumenta la pendiente del canal y se alcanzan las condiciones críticas, esto es, en la sección en que la pendiente alcanza un valor crítico, es decir, la pendiente crítica (S0 = SC). La reducción que experimenta la energía específica en el canal, desde el valor inicial E 1 hasta Emín, en la sección crítica, se disipa por el efecto de fricción y por pérdida de cabeza de posición. De la sección crítica en adelante, la profundidad continúa disminuyendo con el aumento de la pendiente, lo cual abastece de mayor energía al flujo, por aumento de RESALTO HIDRAULICO

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velocidad, que la que se disipa por fricción. En el caso de una intersección brusca de dos pendientes, de subcrítica a supercrítica, el efecto general es muy similar al del caso anterior, aunque es factible que el perfil de la superficie libre se altere más en la zona de transición. Véase la Figura 1.b. Aguas arriba de la intersección, la profundidad no puede, al menos teóricamente, ser menor que la profundidad crítica, Yc, ya que esto requeriría el suministro de energía desde el exterior, lo cual no es posible, mientras no se alcance la pendiente pronunciada. Por lo anterior, se concluye que la transición de régimen subcrítico a supercrítico es gradual, acompañada de poca turbulencia y de pérdida de carga, debido, exclusivamente, a la fricción durante el movimiento. Dicho proceso puede explicarse al recorrer la curva E vs. Y, desde un punto de la rama superior (subcrítica) a otro punto sobre la rama inferior de la misma curva (régimen supercrítico). Se considerará, ahora, el proceso inverso de transición de un régimen supercrítico a otro subcrítico: Si se produce una reducción local en el ancho del canal, seguido de una expansión. Sin embargo, dicha transición también puede ocurrir si en el canal, de sección constante, hay un cambio en la pendiente, pasando de supercrítica a subcrítica, tal como ocurre al pie de una rápida o caída (véase la Figura 5). El régimen de flujo, aguas arriba de la intersección, es supercrítico, mientras que aguas abajo, la pendiente impone un tirante normal en régimen subcrítico, presentándose, en algún punto intermedio, la transición entre ambos.

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 FIGURA N° 5 Transición de régimen supercrítico a subcrítico

Para explicar el proceso de transición se recurre a un análisis similar al anterior. El flujo, inicialmente en régimen supercrítico, se frena por efecto de la fricción y de la reducción de la pendiente, aumentando gradualmente su profundidad, y disminuyendo su energía específica, hasta alcanzar la condición crítica (E = Emín). Como quiera que, aguas abajo, existe régimen subcrítico, la energía específica del flujo debe ser menor que la Emín. Ello se debe a que la poca  pendiente del canal no abastece al flujo de energía adicional. Esto imposibilita la continuación de la explicación del fenómeno, tal como se hizo en los casos anteriores. Con el objeto de analizar la forma de la transición del régimen, se puede recurrir a la evidencia experimental, la cual muestra que, al contrario de los casos anteriores, la transición de régimen supercrítico a régimen subcrítico es en forma violenta y acompañada de mucha turbulencia y gran “pérdida” de energía. En efecto, al entra la gran velocidad del flujo, por efecto de la

resistencia debida a la fricción, y se produce un incremento brusco de la profundidad que, virtualmente, rompe el perfil del flujo, y produce un estado de gran turbulencia y una fuerte pérdida de carga. A cierta distancia, aguas arriba del punto hipotético de intersección del perfil de la superficie libre (que se va elevando) con la Línea de Profundidades Críticas, L.P.C., la energía RESALTO HIDRAULICO

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específica está ya en exceso sobre aquella que corresponde a la del flujo uniforme de aguas abajo; se produce, así, la discontinuidad y la superficie libre se eleva rápidamente hasta la profundidad normal. A este fenómeno se le denomina Resalto Hidráulico, y se muestra en las Figuras 2 y 3. El resalto hidráulico ocurre con fuertes pulsaciones y como si el agua entrara en ebullición, indicio irrefutable de la inclusión de aire. Después de un crecimiento irregular y brusco de la superficie libre del agua, hasta alcanzar una profundidad igual a la normal, Yn, en un tramo relativamente corto, el frente turbulento se regulariza de manera inmediata, y continúa libremente en régimen subcrítico, hacia aguas abajo. La expansión turbulenta y la desaceleración del chorro de gran velocidad están asociadas con una “pérdida” apreciable de energía, disipada específica final es, precisamente, la

correspondiente a la profundidad normal. (PEÑA GOMEZ, 2016)

3.2 ECUACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO PARA DIFERENTES FORMAS DE SECCIÓN 3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR En la ecuación general del resalto hidráulico, haciendo simplificaciones se obtiene: (1) de donde, dependiendo del tipo de régimen conocido se tiene: a) Régimen supercrítico conocido

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(2) (donde:  y1 = tirante conjugado menor del resalto  y2 = tirante conjugado mayor del resalto q = Q/b caudal unitario  F 1 = Número de Froude al inicio del resalto b) Régimen subcrítico conocido

(3)

donde:  y1 = tirante conjugado menor del resalto  y2 = tirante conjugado mayor del resalto q = Q/b caudal unitario  F 2 = número de Froude al final del resalto

(4)  E  E 2  E 1 de donde sabemos que por definición de energía, tenemos:

(5)

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3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL

(3)

(6)

(7)

1.- Con el tirante y conocido (subcrítico o supercrítico), calcular t  y r  2.- Sustituir los valores de t  y r  en la ecuación 3.- Resolver por tanteos la ecuación y calcular J 4.- Calcular el y buscado a partir de la relación de J , por ejemplo:

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3.2.3 SECCIÓN PARABÓLICA

(8)

(9)

Para resolver las ecuaciones, para una sección parabólica, hacer lo siguiente: 1.- Con el tirante y conocido (subcrítico o supercrítico), calcular F  2.- Sustituir el valor de F  en la ecuación 3.- Resolver por tanteos la ecuación y calcular J  4.- Calcular el y buscado a partir de la relación de J , por ejemplo

(HECTOR ERNESTO GALVEZ RIBERIN Y WILDE CAMACHO RIBERO SALAZAR, 2006, págs. 139-141)

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3.3 ALTURA DE UN RESALTO HIDRÁULICO, HRH. Se define altura del resalto hidráulico a la diferencia entre las profundidades conjugadas Y2 y Y1, Véase la Figura 4.

ℎ =    2

1ℎ = −

(10)

2 1

3.4 TIPOS DE RESALTO HIDRÁULICO. Los resaltos hidráulicos pueden ser de varios tipos, y suelen clasificarse en atención a su ubicación respecto de su posición normal y al número de Froude F1. 3.4.1 TIPOS DE R.H., SEGÚN SU POSICIÓN. Existen tres posibles posiciones del R.H. con respecto a su fuente de generación (compuertas, vertederos de rebose y rápidas), mostradas en la Figura 6, dependiendo de la  profundidad Y’2, de aguas abajo, impuesta por algún control o por cualquier condición

 particular del flujo.

.

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 FIGURA N° 6  Tipos de resalto hidráulico según su  posición

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Resalto hidráulico libre o en posición normal.

Es la posición ideal de un R.H. para la

cual Y1 y F 1, inmediatamente aguas arriba del mismo son tales que, al mismo tiempo que satisfacen a la ecuación de las profundidades conjugadas (14) y (19), también se verifica que Y2 = Y’2. Véase la Figura 5 a. Resalto hidráulico repelido.

Es aquel resalto que se forma a una distancia, no

determinada teóricamente, aguas abajo de la posición normal descrita en el numeral anterior. Ocurre porque la profundidad impuesta aguas abajo, Y’2, es menor que Y2,

obtenida ésta de la ecuación (14) o de la (19). El R.H., en esta situación, se desplaza aguas abajo hasta una posición tal que Y1 y F 1, de la  posición normal, cambian a nuevos valores Y’1y 1F’, tales que satisfacen, junto con Y2 = Y’2, a la ecuación de las profundidades conjugadas (ecuaciones 14 y 19). Ver la Figura 5 b. Resalto hidráulico sumergido o ahogado.

Es la situación del R.H. que se desplaza hacia

aguas arriba, es decir, hacia la fuente generadora, en virtud de que la profundidad Y’2, del

flujo, aguas abajo del resalto, es mayor que la profundidad Y2  que, junto con Y1 y F1, satisfacen a la ecuación de las profundidades conjugadas. Véase la Figura 5 c. Los nuevos valores de Y’1 y 1F’, bajo la condición de R.H. ahogado, no son determinables

teóricamente. 3.4.2 TIPOS DE R.H., SEGÚN EL NÚMERO DE FROUDE, F1. La U.S. Bureau of Reclamation (Ref. [4]) ha clasificado los resaltos hidráulicos, en canales horizontales, de acuerdo al valor del número de Froude, inmediatamente aguas arriba del resalto. Dicha clasificación se resume en la Tabla 1.

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Tabla 1 Clasificación de los resaltos hidráulicos, según la U.S.B. R

(PEÑA GOMEZ, 2016)

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3.5 LONGITUD DEL RESALTO La longitud del resalto hidráulico (Figura 7), es la distancia medida entre la sección de inicio y la sección inmediatamente aguas abajo, en que termina la zona turbulenta. Para el cálculo de la longitud del resalto hidráulico, existen varias fórmulas empíricas, dentro de las cuales se tiene:

 FIGURA 7 Longituddel de resalto FIGURA 5-26N°Longitud resalto



Según Sieñchin, la longitud del resalto es:  L = K (y2 − y1 )

(11)

donde:  L = longitud del resalto, en m. 1 = tirante conjugado menor, en m. = tirante conjugado mayor, en m.  K = parámetro que depende del talud Z del canal, según la siguiente tabla: 2

TALUD Z

0.00

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

K

5.00

7.90

9.20

10.60

12.60

15.00

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(12)

(13)

(14)

(15) donde:  L = longitud del resalto, en m.  y1 = tirante conjugado menor, en m.  y = tirante crítico, en m.

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La Figura 8, permite calcular la longitud del resalto hidráulico, para secciones rectangulares.

 FIGURA N° 8 Longitud del resalto, en canales de sección rectangular con  pendiente, según el U.S. Bureau of Reclamation

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En algunos casos, para fijar el resalto hidráulico en la poza de disipación y disminuir su longitud, se colocan dados o bloques. (HECTOR ERNESTO GALVEZ RIBERIN Y WILDE CAMACHO RIBERO SALAZAR, 2006, págs. 147-149)

3.6 Eficiencia del resalto hidráulico, La eficiencia del resalto hidráulico esta dada por la relación entre las energías específicas al final del resalto y al inicio de éste. Es una medida del por ciento de energía remanente luego de ocurrir el resalto. (16)

(17)

Siendo:  y1, y2 = Tirantes conjugados, en [m] η= Eficiencia, en [%]

F1, F2 = Números de Froude, adimensional. v1, v2 = Velocidades, en [m/s] (PEÑA GOMEZ, 2016)

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4.- APARATOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES UTILIZADOS 4.1 ESQUEMA DE AFORO POR METODO AREA VELOCIDAD (CANAL REHBOCK)

Lectura mira para el Vertedero

Canal rectangular artificial

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5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA 4.2 EQUIPOS 

Canal rectangular artificial. - Es un

canal de hierro con paredes de vidrio, con sección trasversal rectangular. FUNCION: Permitir el paso del agua por la acción de la gravedad gracias a la pendiente definida por el canal.



Vertedero.-  Utilizado para la medición FUNCION: Determinar el caudal teórico que

de caudales en sistemas de riego.

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circula por el canal.

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4. 3 INSTRUMENTOS 

Flexómetro.-  Instrumento de medición

con 0,001 m. de precisión, que se encuentra enrollado.

FUNCION: Medir las alturas de  profundidad (0,2h 0,6h 0,8h), la  profundidad de circulación (h), el ancho de solera “b”.

regla metálica: usada para la medición de

los tirantes conjugados

4.5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA Los pasos que se deben de seguir al momento de realizar la práctica son los siguientes: 

Anotar la ecuación de vertedor, del tipo  = 1.0024 ∗ .



Medir el ancho o solera del canal



Realizar la lectura inicial (Li) con la mira mecánica en la cresta del vertedor.



Hacer circular un caudal por el canal y accionar la compuerta deslizante colocada a la entrada, hasta lograr una abertura que asegure la formación del resalto hidráulico.



Anotar la abertura de la compuerta, a



Realizar la lectura final (Lf ) con la mira mecánica sobre la superficie del agua, aguas arriba del vertedor.



Para el resalto hidráulico que se produce, se deben medir los tirantes conjugados

 (a la entrada),  (a la salida) y la longitud L del resalto.

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6.- HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS

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7.- CÁLCULO 7.1 DATOS INICIALES Y COMPLEMENTARIOS Tabla 2 DATOS INICIALES 1

características del canal

rectangular

.

ancho de la solera (b)=

60

(cm)

lectura inicial de la mira (Li)=

3,3

(cm)

lectura final de la mira (Lf)=

12,9-16-19,8

(cm)

forma del canal=

Tabla 3 DATOS INICIALES 2

características Experimentales variables

RESALTO HIDRAULICO

1

2

3

unid

Lectura inicial en la mira (L 1) =

3,3

3,3

3,3

(cm)

Lectura final en la mira (L 2) =

12,9

16

19,8

(cm)

Carga del vertedor ( H ) =

9,6

12,7

16,5

(cm)

Abertura de la compuerta (a) =

4

4

8

(cm)

Tirante conjugado menor ( y 1) =

3,5

5

7

(cm)

Tirante conjugado mayor ( y 2) =

11

19

24

(cm)

Longitud del Resalto ( L) =

75

120

145

(cm)

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7.2 DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS Observación 1 Calculo del caudal atreves de la ecuación del vertedero:

Paso 1 H= L2 –  L1

=

H en m

1.0024 ∗ .  

=

1.0024 ∗ 0.096.

  = 0.035 

Los pasos 2,3,4,5 y 6 son para la sección 1 del canal rectangular donde se midió el tirante conjugado menor Y1 Paso 2

Área mojada (A) en m2:

  =  ∗  Paso 3 mojada:

  = 0.6 ∗ 0,035

Velocidad media (v) en m/s. S e obtiene de dividir el gasto entre el área

 =  Paso 4  

=

  = 0,021

 = . .

 = 1.67 /

Carga de velocidad en m:

. ∗,

 = 0,14  2

Paso 5

 profundidad hidráulica (D) en m. Es la relación entre el área mojada y el espejo de agua ( = ):

 =  = 

RESALTO HIDRAULICO

 =

. ,

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 = 0,035 

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Paso 6  Número de Froude (NF) adimensional y clasificación del flujo (Efecto de gravedad).   =  ∗



.  = √ ,∗,

 = 2.85 Adimensional FLUJO SUPERCRITICO

Paso 7 A fin de simplificar el desarrollo de los cálculos para el A2, V2, V2/2g, D2, NF2 se repite los pasos del 2 al 6 para la sección 2 donde se midió el tirante conjugado mayor Y2. Lo que nos da los siguientes resultados para poder continuar con el desarrollo de calculo variables

1

Caudal (Q) =

0,03513

Área mojada en la sección 1 (A1) =

0,021

Área mojada en la sección 2 (A2) =

0,066

Velocidad en la sección 1 (v 1) = Carga de velocidad sección 1 (v 12 /2g) =

1,673 0,143

Profundidad hidráulica sección 1 (D 1) =

0,035

Número de Froude en 1 (F1) =

2,85

Velocidad en la sección 2 (v 2) =

0,532

Carga de velocidad sección 2 (v 22 /2g) =

0,014

Profundidad hidráulica sección 2 (D 2) =

0,110

Numero de Froude en 2 (F2) =

0,512

Paso 8    

Calculo de las relaciones y1/y2 y y2/y1 a partir de los datos experimentales

= =

.   .

RESALTO HIDRAULICO

1 2 = 0.32 2 1 = 3.14

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Paso 9

MATERIA: LAB DE HIDRAULICA II

Calculo de las relaciones a partir de las ecuaciones 2 y 3

 

=   1  8   1

 

=  √ 1  8 ∗ 2 . 9  1

2 1 = 3.56

 

=   1  8  1

 

=  √ 1 8∗0.51  1

1 2 = 0.38

Paso 10

Calculo de la perdida en el resalto mediante las ecuaciones 4 y 5

  ∆  =      2 2

∆ = 0.11  0.014  0.035  0.143

∆

− = ∗∗

Paso 11

η

η

∆

∆ = 0.053

∆ = 0.027

.−. = ∗.∗.

Calculo de la eficiencia del resalto hidráulico, η, mediante las ecuaciones 16 y 17

=

  +   +

=

(F −) −F+ F(+F )

∗100

η

= .+. ∗ 100 .+.

⁄

η

=

η

=70.05

η

=72.95

⁄

(∗) −∗.+ ∗. ∗+.

2,85

Paso 12

Calculo de la longitud del resalto hidráulico, L, en m, mediante la ecuación Las otras ecuaciones se desprecian, por generar valores muy diferentes entre sí.

 = 5     Paso 13HIDRAULICO RESALTO

=5∗113.5 Página27

 = 37.5 cm

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Clasificación del tipo de resalto hidráulico Con ayuda de la tabla 1 y el número de froude1 de 2.85 nuestro resalto se clasifica en:

OSCILANTE 7.3 GRÁFICAS En esta práctica no se precisa graficas

RESALTO HIDRAULICO

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7.4 TABLA DE RESULTADOS Tabla 4 RESULTADOS DE LA PRACTICA

características Experimentales observaciones

variables

unid

1

2

3

Caudal (Q) =

0,035

0,052

0,076

[m3 /s]

Área mojada en la sección 1 (A 1) =

0,021

0,030

0,042

[m2]

Área mojada en la sección 2 (A 2) =

0,066

0,114

0,144

[m2]

Velocidad en la sección 1 (v 1) =

1,67

1,75

1,81

[m/s]

Carga de velocidad sección 1 (v 12 /2g) =

0,14

0,16

0,17

[m]

Profundidad hidráulica sección 1 (D 1) =

0,035

0,050

0,070

[m]

Número de Froude en 1 (F1) =

2,85

2,49

2,19

[-]

Velocidad en la sección 2 (v 2) =

0,53

0,46

0,53

[m/s]

Carga de velocidad sección 2 (v 22 /2g) =

0,014

0,011

0,014

[m]

Profundidad hidráulica sección 2 (D 2) =

0,11

0,19

0,24

[m]

Numero de Froude en 2 (F2) =

0,51

0,34

0,34

[-]

y 2 / y 1 (Experimental) =

3,14

3,80

3,43

[-]

y 1 / y 2 (Experimental) =

0,32

0,26

0,29

[-]

y 2 / y 1 (Teórico E. 2) =

3,57

3,06

2,64

[-]

y 1 / y 2 (Teórico E. 3) =

0,38

0,19

0,20

[-]

Pérdidas en el Resalto (Ec. 5) (E) =

0,053

0,005

0,016

[m]

Pérdidas en el Resalto (Ec. 4) (E) =

0,027

0,072

0,073

[m]

Eficiencia del Resalto (Ec. 16) (η) =

70,05

97,65

106,91

[%]

Eficiencia del Resalto (Ec. 17) (η) =

72,95

77,39

80,63

[%]

Longitud del Resalto (Ec. 11) (L) =

37,50

70,0

85,0

[cm]

oscilante

oscilante

debil

Clasificación del Resalto

Tabla 5 COMPARACION DE CALCULOS

RESALTO HIDRAULICO

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VALORES EXPERIMENTALES

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VALORES TEORICOS

unidades

y 2/y 1 =

3,14

y 2 /y 1 =

3,57

adimensional

y 2/y 1 =

3,80

y 2 /y 1 =

3,06

adimensional

y 2/y 1 =

3,43

y 2 /y 1 =

2,64

adimensional

L=

75

L=

37,50

[cm]

L=

120

L=

70,0

[cm]

L=

145

L=

85,0

[cm]

8.- ANÁLISIS DE RESULTADOS 8.1 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS Según la tabla de comparación de resultados: 

Se puede observar, que hay una diferencia considerable entre los datos medidos que son los tirantes conjugados y la longitud de resalto en el laboratorio y los datos calculados, esto se puede apreciar al momento de ver el error relativo entre los datos, ya que sobrepasa el 10% de error



En los tirantes conjugados la medición experimental que se asemejo más a los resultados teóricos fue la observación 1 siendo el más exacto en comparación al resto, Además de esto, puede observarse que existió en cierta exactitud entre la eficiencia que se halla con los datos producto del experimento, y la eficiencia que se obtiene a partir de los datos teóricos o calculados.



Sin embargo, se puede observarse grandes errores que están entre el 70% e incluso 100% de variación de resultados al comparar la longitud del resalto medido en el laboratorio y la longitud calculada. Debiéndose a la mala medición por parte de los estudiantes de hidráulica.



En tabla 4 se puede observar los números froude de las observaciones 1y 2 están en el rango de 2.5