LABORATORIO DE HIDRULICA II RESALTO HIDRULICO

RESALTO HIDRULICO

A. INTRODUCCIN: El resalto hidrulico es la rpida transicin del rgimen supercrtico al rgimen suscritico. El mismo se caracteriza por una superficie libre inestable y empinada, y se produce en longitudes relativamente cortas, de modo que las prdidas de energa por friccin pueden ser despreciadas. El cambio de rgimen se produce con una elevada turbulencia e incorporacin de aire. Consideremos un resalto hidrulico en un canal rectangular horizontal, como se muestra en la figura.

Tanto las fuerzas de friccin, como la componente del peso en la direccin del flujo pueden ser despreciadas, por tanto las fuerzas especificas se conservan.

Dnde: : Caudal (constante).: rea de flujo.: La profundidad del baricentro de la seccin ( Yn /2)Reordenando trminos, reemplazando las frmulas de rea y profundidad de baricentro y introduciendo el nmero de Froude. Se obtiene.

Esta expresin se conoce como ecuacin de Blanger.

B. OBJETIVOS. Estudiar, a travs del experimento, el comportamiento de un resalto hidrulico en un canal rectangular de pendiente muy baja o nula. Hallar la longitud del salto. Verificar la validez de las ecuaciones tericas para tal caso.C. MATERIAL Y EQUIPO DE LABORATORIO Canal de laboratorio. (Para descripcin detallada, Vase Figura N1) Compuerta de descarga al fondo. Nivel mecnico de precisin lineal. Flexo metro. Regla metlica graduada Cronometro. Calculadora y libreta de apuntes

Figura N1: Canal ExperimentalD. FUNDAMENTO TERICO: Una aplicacin directa de los principios de energa y cantidad de movimiento, particularmente de los conceptos de energa especifica, fuerza especifica y flujo gradualmente variado es el fenmeno que se desarrolla en un flujo a superficie libre denominado RESALTO HIDRAULICO. La presencia de un resalto hidrulico en un canal se debe al cambio de tipo de flujo. Tal como se observa en la Figura, Si se cambian las condiciones normales del flujo por este canal (si el canal descarga libremente y no existen controles, el flujo se mover por el canal con profundidades mayores que la profundidad critica y en consecuencia el flujo siempre ser subcritico), es decir mediante un control se genera un flujo supercrtico y aguas debajo de este flujo de este punto el flujo, gradualmente variado.En 1818, el italiano Bidone realizo las primeras investigaciones experimentales del resalto hidrulico. Esto llev a Blanger en 1928 a diferenciar entre las pendientes suaves (subcrticas) y las empinadas (supercrticas), debido a que observo que en canales empinados a menudo se producan resaltos hidrulicos generados por barreras en el flujo uniforme original.En un principio, la teora 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 anlisis. Sin embargo los resultados obtenidos de este modo pueden aplicarse a la mayor parte de los canales encontrados en problemas de ingeniera. Para canales con pendiente alta el efecto del peso del agua dentro del resalto puede ser tan significativo que debe incluirse en el anlisis.E. PROCESAMIENTO EXPERIMENTAL: Para la obtencin del salto hidrulico se utilizar el canal rectangular con una pendiente prxima a la horizontal. En el mismo se ha instalado una compuerta a la entrada que permite crear un rgimen supercrtico, que al pasar al subcrtico del canal produce el fenmeno estudiado. Con la ayuda de los piezmetros instalados a lo largo del canal se pueden medir las profundidades de circulacin o en nuestro caso podemos utilizar las reglas metlicas graduadas para medir dichas profundidades. El caudal se mide como en las anteriores prcticas, es decir: cronometrando el tiempo en el que tarda en ser llenado un determinado volumen y tambin es posible hallar un caudal terico utilizando la compuerta.Los pasos que se recomienda seguir son:1) Medir el ancho del canal y la pendiente.2) Determinar el caudal por medio de la medicin de volmenes y tiempos.3) Realizar la lectura de la apertura de la compuerta. 4) Se procede a leer el tirante aguas arriba de la compuerta.5) Para el salto que se produce, medir: las conjugadas (a la derecha); (a la salida) y la longitud del salto.6) Se procurar hacer variar el caudal varias veces, es decir que se dejar pasar el agua por la compuerta, incrementndolo poco a poco.F. CLCULOS: (poner las frmulas que se ven a utilizar)G. DATOS Y CLCULOS:

1 ENSAYO:

H. DETERMINAR: Calcular el caudal Q [L /seg] (terico y experimental, compare ambos) Determinar el rea mojada de las secciones 1 y 2. Calcular la velocidad en las secciones 1 y 2. Determinar la altura de la velocidad en ambas secciones. Calcular el nmero de Froude, en la seccin 1 y 2. Calcular las relaciones (y1/y2) y (y2/y1) de los datos experimentales. Calcular las relaciones (y1/y2) y (y2/y1) de los datos tericos utilizando las frmulas. Determinar las prdidas de energa. Obtener la longitud del resalto Lr terica y comparar con la experimental. Hallar la altura del resalto. Clasificar el resalto y comentar sobre el mismo.I. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:Disipar la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras hidrulicas, y prevenir de esta manera la socavacin aguas debajo de las estructurasRecuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medicin y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigacin o de cualquier estructura para distribucin de aguasIncrementar el peso sobre la zona de aguas debajo de una estructura de mampostera y reducir la presin hacia arriba bajo dicha estructura aumentando la profundidad del agua en su zona de aguas abajoAumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducir si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto

J. RECOMENDACIONES:Primeramente se recomienda siempre cuidar los equipos de laboratorio en los diferentes prcticas que se lo realiza.

K. BIBLIOGRAFA:Hidrulica general, Gilberto Sotelo vilaInformacin de internetApuntes de clases

L. CUESTIONARIO:I. Defina resalto hidrulico. - Es el fenmeno en el cual una corriente lquida de gran velocidad en flujo supercrtico, bajo ciertas condiciones, pasa a un flujo subcrtico con una brusca elevacin de la superficie libre.- Es el cambio que se d sbitamente bajo condiciones apropiadas, de una corriente que fluye rpidamente en un canal abierto a una corriente que fluye despacio con un rea de seccin transversal mayor y una elevacin sbita en el nivel de la superficie del lquido.II. Cite los usos del resalto hidrulico.El salto hidrulico va acompaado de una turbulencia importante y una disipacin de energa. En el campo de flujos en canales abiertos, el salto hidrulico suele tener muchas aplicaciones, entre las que se incluyen:1. La disipacin de energa en flujos sobre diques, vertedores y otras estructuras hidrulicas.2. El mantenimiento de altos niveles de agua en canales que de utilizan para el propsito de distribucin de agua.3. Incremento del gasto descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso del agua contra la compuerta, esto aumenta la carga efectiva y con ella la descarga.4. La reduccin de la elevada presin bajo las estructuras mediante la elevacin del tirante del agua sobre la guarnicin de defensa de la estructura.5. La mezcla de sustancias qumicas usadas para la purificacin o el tratamiento de agua.6. La aerificacin de flujos y el desclorinado en el tratamiento de agua.7. La remocin de bolsas de aire con flujos de canales abiertos en canales circulares.8. La identificacin de condiciones especiales de flujo, como la existencia del flujo supercrtico o la presencia de una seccin de control para la medicin de la razn efectividad-costo del flujo.III. Cite los tipos de resalto hidrulico acompae este con una tabla donde muestre en que valores de numero de Froude oscilan dichos tipos de resalto.Los saltos hidrulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation, de la siguiente forma, en funcin del nmero de Froude del flujo aguas arriba del salto (los lmites indicados no marcan cortes ntidos, sino que se sobrelapan en una cierta extensin dependiendo de las condiciones locales): Para F1 = 1.0 : el flujo es crtico, y de aqu no se forma ningn salto. Para F1 > 1.0 y < 1.7: la superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto ondular. Para F1 > 1.7 y < 2.5: tenemos un salto dbil. Este se caracteriza por la formacin de pequeos rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La prdida de energa 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 oscilacin produce una gran onda de perodo irregular, la cual comnmente puede viajar por varios kilmetros causando daos aguas abajo en bancos de tierra y mrgenes. 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 prcticamente en la misma seccin vertical. La accin y posicin de este salto son menos sensibles a la variacin en la profundidad aguas abajo. El salto est bien balanceado y el rndimiento en la disipacin de energa 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 spera. La efectividad del salto puede llegar al 85%. M. ANEXOS:

Energa y profundidades en un salto hidrulico

Anexos

UNIV.: FREDDY A. CONDORI GUIA