LABORATORIO N3 RESALTO HIDRULICO

LABORATORIO N3 RESALTO HIDRULICO2014

INDICE:

I. INTRODUCCION

II. RESUMEN

III. OBJETIVOS

IV. MARCO TERICO

V. MATERIALES Y EQUIPOS

VI. METODOS DE MEDICION

VII. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO

VIII. CALCULOS

IX. RESULTADOS

X. CONCLUCIONES

XI. RECOMENDACIONES

I. INTRODUCCION:

Durante las sesiones de clase del curso de hidrulica hemos descrito el Resalto Hidrulico como un fenmeno producido, en un canal, cuando un flujo de agua que viaja a rgimen supercrtico, choca o alcanza a una masa de agua que fluye en rgimen subcrtico presentndose abruptamente el cambio de rgimen, acompaado de una gran turbulencia, disipando energa y realizando una inclusin de aire en la masa lquida.

Con el presente laboratorio se pretende observar la formacin del resalto hidrulico analizando sus caractersticas y esto se lograr tomando los tirantes, tanto inicial y final, del resalto hidrulico formado con el canal del laboratorio de hidrulica, con ellos se encontrara la variacin de alturas, el cambio de energas y adems de bosquejar la curva de energa y fuerza especfica para cada resalto.

EL ALUMNO.

II. RESUMEN:

El presente laboratorio tiene como objetivo general comprender la formacin del resalto en un canal rectangular logrando graficar la curva del cambio de regmenes de flujo y como objetivos especficos, analizar las caractersticas hidrulicas de un canal y el comportamiento del fluido para las distintas pendientes dadas.Empezaremos por comprender lo que ocurre cuando variamos las pendientes del canal, lo cual implica una variacin de la energa especifica esto para una descarga constante, esta variacin ser representada grficamente donde se puede observar claramente de la existencia de una mnima Energa especfica para un determinado tirante (que ms adelante lo llamaremos tirante crtico) y adems veremos el cambio en la posicin del resalto a medida que se aumenta la pendiente. Esto significa que para un tirante dado el flujo de agua se desplaza con una mnima energa esto nos interesa desde el punto de vista de optimizar la eficiencia del canal al momento de disear.En la segunda parte de este laboratorio se ver la aplicacin de la conservacin de momentum, esto para estudiar el salto hidrulico en un canal rectangular de carga constante, similar al caso de la Energa especfica se plantearan los tirantes versus la momentum y se aprecia una grfica con un momentum mnima para un tirante dado, que ser calculado en detalle ms adelante.Sabiendo que la conservacin de momentum se usa para determinar en tirante luego del salto hidrulico de manera terica comprobaremos estos datos con los de laboratorio.Finalmente se sacaran algunas conclusiones en base a lo que se obtenga con los datos tomados de laboratorio.

III. OBJETIVOS:

Determinar la relacin existente entre el tirante y la energa especfica y el momentum en un canal rectangular antes y despus de un resalto. Verificar mediante clculos los valores de cada uno de los tirantes conjugados y verificar la variacin que existen con los clculos tericos usando el programa H-CANALES.

IV. MARCO TERICO:

A. EL MOVIMIENTO: La segunda ley del movimiento de Newton dice:

Consideraremos un canal limitado por dos secciones transversales 1 y 2:

FIGURA 1: Grfica para la deduccin de la ecuacin de la fuerza especfica.

De la cual se puede deducir:

Si: =0 , =0 y

B. RESALTO HIDRULICO:El resalto hidrulico es un fenmeno hidrulico que se representa como un 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. Este fenmeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del rgimen de flujo, de supercrtico a subcrtico.Este involucra una prdida de energa relativamente grande mediante disipacin en el cuerpo turbulento de agua dentro del resalto. En consecuencia, el contenido de energa en el flujo despus del resalto es apreciablemente menor que el de antes del mismo. La figura siguiente muestra este fenmeno.

FIGURA 2: Grfica para ver el salto hidrulico.

Generalmente, elresaltose forma cuando en una corriente rpida existe algn obstculo o un cambio brusco de pendiente. Esto sucede al pie de estructuras hidrulicas tales como vertederos de demasas, rpidas,salidasde compuertas con descarga por el fondo, etc., lo que se muestra en la figura siguiente.

FIGURA 3: Grfica que nos muestras los cambios bruscos que pueden originar saltos hidrulicos.

C. ENERGA ESPECFICALa energa especfica se define como la cantidad de energa por unidad de peso en cualquier seccin, medida siempre con respecto al fondo de un canal abierto. La energa especfica solo depende de la profundidad de flujo.

Tambin se puede escribir en trminos de caudal de la siguiente forma:

a) Descripcin De La Curva De Energa Especfica:

Se puede observar que uno de sus tramos es asinttico con la recta de 45 grados. Tiene forma de una parbola que abre hacia la derecha. La regin subcrtica tiende asintticamente a una recta de 45. Las curvas de energa especfica son tiles para resolver 3 tipos de problemas: problemas de continuidad, de elevaciones o presiones del fondo de un canal, o de contracciones. Con excepcin de la profundidad crtica, para cada valor de energa corresponden dos valores de profundidad, una subcrtica (mayor que la profundidad crtica) y una supercrtica (por debajo de la profundidad crtica). A medida que el caudal aumenta, la curva se desplaza hacia la derecha.

D. OBSERVACIONES:En unresaltocomo el que se muestra en la figura siguiente se pueden realizar las siguientes observaciones:

FIGURA 13: Diagrama de energa de un salto hidrulico.

Antes delresalto, cuando elaguaescurre todava en rgimen rpido, predomina la energa cintica de la corriente, parte de la cual se transforma en calor (prdida de energa til) y parte en energapotencial(incremento del tirante); siendo esta la que predomina, despus de efectuado el fenmeno.En la figura anterior, las secciones (1) y (2) marcan esquemticamente el principio y el final delresalto. Los tirantesy1 yy2 con que escurre elaguaantes y despus del mismo se llaman tirantes conjugados.Dnde:y2 = tirante conjugado mayory1 = tirante conjugado menorLa diferencia:y2 y1 es la altura delresaltoyLsu longitud; existen muchos criterios para encontrar este ltimo valor.E1 es la energa especfica antes delresaltoy E2 la que posee la corriente despus de l. Se observa que en (2) la energa especfica es menor que en (1) debido a las fuertes prdidas de energa til que el fenmeno ocasiona; esta prdida se representa como: E1 E2.Adems de su mrito como disipador natural de energa, elresaltohidrulico tiene muchos otros usos prcticos, entre los cuales se pueden mencionar los siguientes: Prevencin o confinamiento de la socavacinaguasdebajo de las estructuras hidrulicas donde es necesario disipar energa. Mezclado eficiente de fluidos o de sustancias qumicas usadas en la purificacin deaguas, debido a la naturaleza fuertemente turbulenta del fenmeno. Incremento del caudal descargado por una compuerta deslizante al rechazar el retroceso delaguacontra la compuerta. Esto aumenta la carga efectiva y con ella el caudal. La recuperacin de cargaaguasdebajo de unaforadorymantenimientode un nivel alto delaguaen el canal de riego o de distribucin delagua Ecuacin adimensional de la fuerza especfica relativa al tirante critico de los canales rectangulares:Si: :

V. MATERIALES Y EQUIPOS:

A. MATERIALES:

Regla graduada en milmetros Calculadora Cuaderno de campo Computadora porttil Cmara fotogrfica

B. EQUIPO:

Canal rectangular:Posee una de estructura de acero, revestido en paneles de vidrio, con pendiente variable, de 14 metros de longitud y seccin transversal de 0.5 m x 0.6 m.Cambiando la configuracin del canal, el mismo tiene la capacidad de usarse para experimentacin en el mbito fluvial, simulando corriente unidireccional como tambin generara condiciones de oleaje. En el apartado de equipamiento estn expuestas las caractersticas del generador de oleaje con el que se cuenta en el LH.Aguas abajo posee una compuerta de inclinacin regulable con la que se puede modificar el tirante y la velocidad del flujo en todo el canal. Posteriormente el flujo es evacuado hacia un canal de restitucin paralelo (Canal de Aforo 1), construido en mampostera, donde se realiza la medicin del caudal mediante un vertedero triangular. ste puede remplazarse por un vertedero rectangular o una canaleta Parshall, ambos disponibles en el Laboratorio.

Equipo de bombeoSe cuenta con dos bombas sumergibles tipo Flyght, cada una de ellas capaz de desarrollar un caudal mximo de 70 lts/seg. Cada bomba cuenta con una conduccin de alimentacin y una conduccin de retorno a cisterna, ambas de hierro forjado. Sobre tales conducciones se hallan dispuestas vlvulas esclusas de operacin manual que permiten regular los caudales que viajan hacia el modelo que se quiere ensayar.

Cisterna La cisterna del LH consiste en un recinto subterrneo de seccin rectangular de 1.30 metros de ancho por 0.75 metros de profundidad, y con un desarrollo rectangular en planta de unos 76 metros lineales.Tanque volumtricoSe encuentra ubicado por debajo del nivel del suelo, entre la salida de la restitucin del canal experimental y el retorno a cisterna. Tiene una seccin 1.50 x 1.50 m y una altura total de 3 metros. Es utilizado para el aforo de caudales, cuenta con una regla en toda su longitud para la medicin de niveles y con un limnmetro digital con sensor electrnico

VI. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:

a) Encendimos la llave general para el arranque de la bomba

b) Se encendi el controlador de la bomba, el cual se coloc en un rango de 30-35 por instrucciones del docente. Para nuestro caso fue de 30 para que el caudal sea amplio y la potencia sea fuerte solo para que empiece a circular el agua en el canal.c) Cuando el flujo circulo por el canal se baj el caudal a aproximadamente 25 para mantener un caudal constante de 3.92 l/s. por la medicin de la altura del vertedero triangular.

d) Luego manipular la compuerta al final del canal para poder cerrarla y generar as el resalto.

e) Manejar la pendiente para que podamos producir un flujo supercrtico.

f) Medimos los tirantes antes y despus del resalto hidrulico con el corredero del canal, indicando cuanto media en el fondo y en la superficie respectivamente, la diferencia de ambas seria el tirante en dicho punto.

g) Repetimos los pasos e y f para cada pendiente.

VII. CALCULOS:

A. OBTENCION DE DATOS DE LABORATORIOS Y REDULTADOS ANTES DEL RESALTO:

TABLA GENERAL PARA OBTENER DATOS DE LABORATORIO DE ENERGIA Y FUERZA ESPECFICA

LUGAR:Laboratorio de hidraulica - Shancayn

INSTITUCION:Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo

BASE DEL CANAL :0.1mCOEFICIENTE DE MANNY (n):

ALTURA EN EL VERTEDERO:12.6cmCAUDAL QUE REPRESENTA:0.00392l/s

MUESTRAS(%)y(cm)SiYi (m)AiViEiMi

132.060.030.02060.002061.902912620.205160470.00078161

22.82.10.0280.0210.00211.866666670.198596560.00076796

32.62.160.0260.02160.002161.814814810.189467120.00074851

42.42.340.0240.02340.002341.675213680.16643470.00069678

52.22.430.0220.02430.002431.613168720.156935750.00067413

622.570.020.02570.002571.525291830.144278750.00064252

71.82.590.0180.02590.002591.513513510.142654490.00063833

81.62.660.0160.02660.002661.473684210.137290370.00062425

91.42.980.0140.02980.002981.315436240.117994320.00057004

101.23.90.0120.0390.00391.005128210.090492490.00047769

Datos tomados en laboratorio

Resultados para graficar

GRFICAS ANTES DEL RESALTO:

B. OBTENCION DE DATOS DE LABORATORIOS Y REDULTADOS DESPUES DEL RESALTO:

TABLA GENERAL PARA OBTENER DATOS DE LABORATORIO DE ENERGIA Y FUERZA ESPECFICA

LUGAR:Laboratorio de hidraulica - Shancayn

INSTITUCION:Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo

BASE DEL CANAL :0.1mCOEFICIENTE DE MANNY (n):

ALTURA EN EL VERTEDERO:12.6cmCAUDAL QUE REPRESENTA:0.00392l/s

MUESTRAS(%)y(cm)SiYi (m)AiViEiMi

139.520.030.09520.009520.411764710.10384170.00061769

22.89.260.0280.09260.009260.423326130.101733790.0005979

32.69.40.0260.0940.00940.417021280.102863750.00060844

42.49.430.0240.09430.009430.415694590.103107440.00061073

52.29.680.0220.09680.009680.404958680.105158390.00063033

628.990.020.08990.008990.436040040.099590670.00057834

71.88.720.0180.08720.008720.449541280.097500070.00055983

81.68.080.0160.08080.008080.485148510.092796390.00052029

91.47.510.0140.07510.007510.521970710.088986510.00049058

101.27.050.0120.07050.007050.556028370.086257780.0004707

Datos tomados en laboratorio

Resultados para graficar

GRFICAS DESPUES DEL RESALTO:

C. COMPARACION DEL TIRANTE CONJUGADO EXPERIMENTAL CON EL TIRANTE CONJUGADO TERICO POR H-CANALES:

RESULTADOS EXPERIMENTALES:

MUESTRASiYi (m)Yf (m)Y

10.030.02060.09520.0746

20.0280.0210.09260.0716

30.0260.02160.0940.0724

40.0240.02340.09430.0709

50.0220.02430.09680.0725

60.020.02570.08990.0642

70.0180.02590.08720.0613

80.0160.02660.08080.0542

90.0140.02980.07510.0453

100.0120.0390.07050.0315

RESULTADOS TERICOS:

MUESTRASiYi (m)Yf (m)Y

10.030.02060.11340.0928

20.0280.0210.11210.0911

30.0260.02160.11010.0885

40.0240.02340.10460.0812

50.0220.02430.1020.0777

60.020.02570.09830.0726

70.0180.02590.09780.0719

80.0160.02660.0960.0694

90.0140.02980.08870.0589

100.0120.0390.07220.0332

COMPARANDO LOS CUADROS:

TERICOPRCTICOTERICOPRCTICOTERICOPRCTICOFINAL

Yi (m)Yi (m)Yf (m)Yf (m)YYY

0.02060.02060.09520.11340.07460.09280.0182

0.0210.0210.09260.11210.07160.09110.0195

0.02160.02160.0940.11010.07240.08850.0161

0.02340.02340.09430.10460.07090.08120.0103

0.02430.02430.09680.1020.07250.07770.0052

0.02570.02570.08990.09830.06420.07260.0084

0.02590.02590.08720.09780.06130.07190.0106

0.02660.02660.08080.0960.05420.06940.0152

0.02980.02980.07510.08870.04530.05890.0136

0.0390.0390.07050.07220.03150.03320.0017

Se observa que los resultados finales tienen un error aproximado al centsimo y milsimo.

D. CONCLUCIONES:

Se demostr experimentalmente que un resalto se presenta por el cambio de rgimen vemos que en este caso paso de un rgimen sper crtico a un rgimen sub crtico por la lnea de tendencia de las grficas TIRANTE VS FUERZA ESPECFICA y TIRANTE VS ENERGA ESPECFICA antes y despus del resalto.

Se demostr experimentalmente que el tirante conjugado se verifica con el experimento obteniendo un margen de error evaluado al centsimo y milsimo.

E. RECOMENDACIONES:

Tener cuidado al manipular el equipo ya que es un equipo electro mecnico. Tener mucho cuidado con la lectura de los tirantes para cada pendiente es recomendable chequear este dato ya que ser el que determinara la curva de tendencia de la grfica. Tomar los datos para pendientes mayores a 1% ya que es ah donde se notar ms el resalto.

20 CURSO: Hidrulica AUTOR: Bartolom Pallaca j.