Lab 5 , Resalto Hidraulico

UNIVERSIDAD RICARDO PALMA Fundada en 1969 FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

INFORME DE LABORATORIO N°7 Título: Resalto Hidráulico En Canales Abiertos Profesor: Aldo Ernesto Ramírez Gonzales Curso: Ingeniería Hidráulica Alumno: Acuña Paredes Lynthon Código: 201411419 Grupo: 03 Subgrupo: Jueves 7:40  –  10:  10: 10

Lima - Perú

2018-I

Índice

Contenido del quinto laboratorio:

I. II. III.

INTRODUCCION.................................................................................................................. OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.................................................................................................. MARCO TEORICO................................................................................................................

1. EQUIPO UTILIZADO.......................................................................................................... 2. PROCEDIMIENTO............................................................................................................. 3. CALCULOS…………………………………………………..................................................................... 4. GRÁFICOS......................................................................................................................... IV. V. VI.

CONCLUSIONES.................................................................................................................. RECOMENDACIONES.......................................................................................................... REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................................

I.

INTRODUCCION El experimento se realizó en el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Ricardo Palma, la cual esta implementada con las herramientas necesarias para llevar a cabo el experimento a nivel universitario. El curso de ingeniería Hidráulica abarca diversos temas a tratar, en este quinto informe estudiaremos el ensayo de resalto hidráulico en un canal abierto. El ensayo de laboratorio que realizaremos consiste en crear un resalte hidráulico en un canal rectangular nos permite ver como varia el caudal para varios ensayos distintos con el propósito de observar el comportamiento del flujo. Mediante el régimen de Froude sabremos si es subcritico, crítico o supercrítico y lo clasificaremos según el tipo de salto. Ya que el experimento nos podrá permitir determinar el salto hidráulico para así poder compararla de forma práctica y teórica, ya que nos podrá servir para el diseño de bocatomas, específicamente el baraje fijo. Finalmente, se mencionan las conclusiones basados en las tablas obtenidas y de acuerdo a los objetivos planteados.

II.

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

OBJETIVOS GENERALES 

Diseño de una estructura hidráulica como es el barraje fijo en la construcción de bocatomas y sus aplicaciones en nuestra carrera de la ingeniería civil.

OBJETIVOS ESPECÍFICO 



Observación experimental del resalto hidráulico en el canal de pendiente variable. Comparar los datos obtenidos del experimento con los valores estimados mediante las relaciones propuestas por diferentes investigadores.

III.

MARCO TEORICO

El resalto hidráulico es el fenómeno que se genera cuando una corriente super critica, es decir, rápida y poco profunda, cambia súbitamente a subcritica, esto es, se vuelve una corriente lenta y poco profunda. Este fenómeno es de central importancia en la Hidráulica de canales. Considérese el comportamiento del flujo en un canal de sección uniforme, cuya pendiente cambia gradualmente de 01 1.7 y < 2.5: tenemos un salto débil. Este se caracteriza por la formación de pequeños rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La pérdida de energía es baja. Para F1 > 2.5 y < 4.5: se produce un salto oscilante. Se produce un chorro oscilante entrando al salto del fondo a la superficie una y otra vez sin periodicidad. Cada oscilación produce una gran onda de período irregular, la cual comúnmente puede viajar por varios kilómetros causando daños aguas abajo en bancos de tierra y márgenes. Para F1 > 4.5 y < 9.0: se produce un salto llamado salto permanente: la extremidad aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción y posición de este salto son menos sensibles a la variación en la profundidad aguas abajo. El salto está bien balanceado y el rendimiento en la disipación de energía es el mejor, variando entre el 45 y el 70%. Para F1 = 9.0 o mayor: se produce el llamado salto fuerte: el chorro de alta velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo, y puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al 85%.

Características hidráulicas importantes:  

Perdida de energía que se disipa por la presencia del salto. Longitud del resalto hidráulico

Perdida de energía ΔE

= E1 – E2

Experimentalmente se puede demostrar que la perdida es: ∆ =

2 − 13 421

Donde Y1; Y2 tirantes conjugados En uso de fundamentos teóricos, no es fácilmente determinable la longitud de los resaltos hidráulicos; sin embargo, esta característica ha sido investigada experimentalmente por muchos autores. Particularmente, la U.S. Bureau of Reclamation, quien basándose en datos experimentales de seis canales de laboratorio, preparó las curvas de variación LRH /y2 vs. F1, para canales rectangulares horizontales e inclinados, mostradas en la Figura.

Longitud del resalto hidráulico Según Safranez  = 4.1 ( /

Según Miami Conservancy District  = 5(   −  )

Por su parte, Silvester (1964) propuso las siguientes ecuaciones empíricas para el cálculo de la longitud de resaltos hidráulicos en canales rectangulares, triangulares y parabólicos, en función del número de Froude en la sección de agua arriba del resalto, F1, y de la profundidad inicial, y1: Para canales rectangulares horizontales: Según silverter  = 9.75  (1 − 1).0

1. EQUIPO UTILIZADO

Los equipos utilizados en la práctica son:

1.

Canal de pendiente variable

2.

Flotadores

3.

regla

4.

Cronómetro

Canal de pendiente variable

Regla metálica

2. PROCEDIMIENTO

Cronometro

El desarrollo del experimento consistió de los siguientes pasos que se mencionan en orden a continuación:

2.1 PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO 1. Medir el caudal, medir la velocidad superficial. 2. Establecer en el canal un flujo supercrítico y tomar nota del ángulo de inc linación del canal. 3. Establecer una obstrucción mediante la compuerta de salida, tal que esta remanse el flujo y provoque un resalto hidráulico hacia aguas arriba. 4. Una vez establecido el salto, medir las profundidades antes y después del salto (Y1 e Y2). 5. Si estuviera disponible el molinete de aforo, registrar las velocidades V1 y V2 antes y después del salto, en caso contrario, esta se obtiene de la ecuación de la continuidad. 6. Repetir el procedimiento para siete caudales diferentes. 2.2 PROCEDIMIENTO DE GABINETE

1. Estimar el número de Froude F1 y F2, para conocer el tipo de resalto hidráulica en cada caso. 2. Estimar las longitudes del salto con las relaciones presentadas. 3. Preparar los gráficos: a) F1 vs L b) L/Y2 vs F1 y superponerlo al grafico de la Fig. 15-4 del libro hidráulica de canales abiertos de Ven Te Chow (pág. 374 o pág. 390 edición 1994). 4. Comparar los datos de las longitudes obtenidas experimentalmente con los valores calculados mediante las expresiones y gráficos propuestos en la literatura.

3. CALCULOS

Tabla 1.0 ENSAYO

Q (m3/h) Q (m3/s) 35.0000 0.0097 35.0000 0.0097 35.0000 0.0097 35.0000 0.0097

1 2 3 4

ϴ

0.2000 0.5000 1.0000 1.5000

Y1 (m) Y2 (m) L (m) h (m) 0.0370 0.0850 0.1500 0.0480 0.0350 0.1000 0.2200 0.0650 0.0300 0.1100 0.2900 0.0800 0.0350 0.1200 0.3400 0.0850

Tabla 2.0 ENSAYO

Y2/Y1 1 2 3 4

F1 2.2973 2.8571 3.6667 3.4286

1.9461 2.3474 2.9250 2.7553

T. de Salto H DEBIL DEBIL OSCILANTE OSCILANTE

Y1/Y2 F2 0.4353 0.3500 0.2727 0.2917

0.5589 0.4861 0.4166 0.4340

Tabla 3.0 ENSAYO

(Y2-Y1)^3 1 2 3 4

0.0001 0.0003 0.0005 0.0006

4*Y1*Y2 0.0126 0.0140 0.0132 0.0168

(Y2-Y1)^3/4*Y1*Y2 0.0088 0.0196 0.0388 0.0366

Tabla 4.0 ENSAYO 1 2 3 4

Área 1 Área 2 (m2) (m2) V1 (m/s) V2 (m/s) V1^2/g V2^2/g Yteo 0.01110 0.02550 0.87588 0.38126 0.07820 0.01482 0.09159 0.01050 0.03000 0.92593 0.32407 0.08739 0.01071 0.09207 0.00900 0.03300 1.08025 0.29461 0.11895 0.00885 0.10132 0.01050 0.03600 0.92593 0.27006 0.08739 0.00743 0.07840 Tabla 5.0 Experimentales

Ensayo N° Q (lt/s) 1 2 3 4

9.72222 9.72222 9.72222 9.72222

Teóricos

Y1 (m)

Y2 (m)

L (m)

F1

F2

Y2 (m)

L MCD (m)

0.03700 0.03500 0.03000 0.03500

0.08500 0.10000 0.11000 0.12000

0.15000 0.22000 0.29000 0.34000

1.94613 2.34738 2.92499 2.75533

0.55892 0.48606 0.41660 0.43401

0.09159 0.09207 0.10132 0.07840

0.24000 0.32500 0.40000 0.42500

Tabla 6.0

h (m)

Característica del salto

0.00879 DEBIL 0.01962 DEBIL 0.03879 OSCILANTE 0.03656 OSCILANTE

Q (lt/s) 9.7222 9.7222 9.7222 9.7222

4. GRAFICOS

F1 1.9461 2.3474 2.9250 2.7553

L real (m) 0.1500 0.2200 0.2900 0.3400

L (m) Safranez 10.3378 12.8571 16.5000 15.4286

L (m) MCD 0.2400 0.3250 0.4000 0.4250

L (m) Silvester 0.3411 0.4612 0.5668 0.6024

Grafico F1 vs L (m) 3.50000 3.00000 0.34000, 2.75533

2.50000     ) 2.00000    m     (    L 1.50000

1.00000 0.50000 0.00000 0.00000 0.05000 0.10000 0.15000 0.20000 0.25000 0.30000 0.35000 0.40000

F1

Grafico Lexp/Y2 vs F1 3.000

2.75533, 2.833

2.500 2.000

   2    Y     /    p 1.500    x    e    L

1.000 0.500 0.000 0.00000

0.50000

1.00000

1.50000

2.00000

F1

2.50000

3.00000

3.50000

Grafico LMCD/Y2 vs F1 4.000 3.500    2 3.000    Y     /    D2.500    C    M2.000    L

1.500 1.000 0.500 0.000 0.00000

0.50000

1.00000

1.50000

2.00000

2.50000

3.00000

3.50000

F1

Grafico Lsil/Y2 vs F1 6.000 5.000 4.000

   2    Y     /     l    i 3.000    s    L

2.000 1.000 0.000 0.00000

0.50000

1.00000

1.50000

2.00000

F1

2.50000

3.00000

3.50000

IV.

CONCLUSIONES 











Al observar en el canal del laboratorio pudimos ver que antes de realizar el salto hidráulico se encontraba en régimen supercrítico, por ello llegamos a la conclusión que estábamos en lo correcto ya que al determinar el número de Froude todos los valores nos salieron mayores que 1 , los dos primeros ensayos dieron como resultados débiles y los otros dos fueron oscilantes Al realizar el salto hidráulico pudimos observar que el régimen cambio a un estado subcritico ya que se su número de Froude era menor que 1. Con esto llegamos a la conclusión que un resalto hidráulico siempre se forma cuando un flujo de régimen supercrítico pasa a uno de régimen subcritico Al realizar el grafico de L/Y2 VS F1 (GRAFICO DE VEN TE CHOW) se decidió comparar con nuestra grafica L/Y2 VS F1 Silvester ya que es la que más se acerca a la gráfica del libro, aclarando que ni la gráfica el L MCD/Y2 VS F1 ni la L experimental /Y2 VS F1 Safranez entrarían en la gráfica del libro y podemos observar que la mayor parte de nuestro salto se encuentra entre débil. Para crear un resalto hidráulico no es necesario tener una pendiente muy fuerte en el canal. Sin embargo, al aumentar la pendiente aumenta las fuerzas de inercia, siendo la velocidad mayor por ello pienso que nuestro tipo de salto hidráulico se encuentra entre débil y ondular ya que nuestras pendientes fueron variando de 0.2 , 0.5 , 1.0 y 1.5 grados Para hallar la longitud del salto hidráulico, los diferentes métodos se aproximaron a la longitud experimental, de la siguiente manera: 1. Silvester (Mejor) 2. Safranez ( Intermedio) 3. Miami Conservancy District ( Peor)

V.

RECOMENDACIONES 



VI.

Se recomienda incluir en el laboratorio la fórmula de longitud de salto hidráulico de Silvester ya que como pudimos observar fue la que más se acercó a nuestros datos experimentales. Se debe esperar un tiempo luego de cambiarse el caudal, para que pueda efectuarse adecuadamente la longitud de salto y los nuevos tirantes para los 4 ensayos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFIAS 





http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/libre/rh_longitud.html http://aulavirtual1.urp.edu.pe/scripts/moodle/file.php/53220/Lab_N_07_Resalt o_Hidraulico.pdf libro hidráulica de canales abiertos de Ven Te Chow (pág. 374 o pág. 390 edición 1994).