Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC...

38
1 Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETERMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES: NOTA: 1. BAYARDO MERCADO BRACAMONTE _______________ 2. JUAN JOSÉ RAMOS CABEZA _______________

Transcript of Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC...

Page 1: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

1

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS

FTC

LABORATORIO DE HIDRÁULICA II

PRACTICA # 3

DETERMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO

INTEGRANTES: NOTA:

1. BAYARDO MERCADO BRACAMONTE _______________

2. JUAN JOSÉ RAMOS CABEZA _______________

PROFESOR DE TEORIA: ING. José Ángel Baltodano

PROFESOR DE PRÁCTICA: Dr. Néstor Lanzas

FECHA DE REALIZACIÓN: 4 DE OCTUBRE DEL2010

FECHA DE ENTREGA: 18 DE OCTUBRE DEL 2010

Page 2: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

2

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

INDICE

I. INTRODUCCION ----------------------------------------------------------------------------------------3

1. INTRODUCCION--------------------------------------------------------------------------------------3

2. ANTECEDENTE ---------------------------------------------------------------------------------------4

3. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS--------------------------------------------------------5

4. IMPORTACIA DE LA PRACTICA-------------------------------------------------------------------5

5. FUNDAMENTO TEORICO-----------------------------------------------------------------------6-10

II. DASARROLLO DE LABORATORIO----------------------------------------------------------11

1. MATERIALES Y EQUIPOS -------------------------------------------------------------------------11

2. EXPLICACION DEL TRABAJO REALIZADO EN EL LABORATORIO------------------------11

3. RESUMEN DE LOS DATOS OBTENIDOS--------------------------------------------------------12

III. CALCULOS------------------------------------------------------------------------------------------13-20

1. METODOS Y FORMULAS A UTILIZARSE---------------------------------------------------13-14

2. CALCULOS MATEMATICOS-------------------------------------------------------------------14-17

3. TABLA DE RESULTADOS---------------------------------------------------------------------------18

4. GRAFICAS-----------------------------------------------------------------------------------------19-20

IV. COMPRESION DE LOS RESULTADOS---------------------------------------------------21-26

1. CUESTIONARIO----------------------------------------------------------------------------------21-26

V. ANALISIS DE LOS RESULTADOS---------------------------------------------------------------27

1. CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------------------27

VI. BIBLIOGRAFIA----------------------------------------------------------------------------------------28

VII. Anexos--------------------------------------------------------------------------------------------------28

Page 3: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

3

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

I. INTRODUCCION

1. INTRODUCCION

La tercera práctica de laboratorio de hidráulica “Determinación del Salto hidráulico se realizo el

día lunes 4 de octubre del corriente año a las 8:00 AM en el laboratorio de hidráulica de la UNI –

RUPAP concluyendo a las 9:30 AM.

El presente reporte presenta el estudio de la determinación del Salto hidráulico bajo condiciones

diferentes.

En el primer ensayo se observo el salto hidráulico simulando una compuerta en el tercero

simulando un vertedor vertical y el quinto un vertedor inclinando. La práctica consistió en

determinar de manera experimental las características (los tirantes conjugados y la longitud del

salto) que se visualizan en el salto hidráulico bajo diferentes condiciones.

El salto hidráulico es un fenómeno local que se produce cuando un flujo supercrítico pasa a uno

subcrítico. En tales casos la elevación de superficie del liquida aumenta súbitamente en la

dirección del flujo. La ocurrencia de un salto hidráulico está determinada por las condiciones del

flujo aguas arriba y aguas abajo del salto.

Page 4: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

4

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

2. ANTECEDENTE

El salto hidráulico fue investigado por primera vez experimentalmente por Giorgio Bidone, un

científico italiano en 1818 El salto hidráulico es conocido también como una onda estacionaria. Las

aplicaciones de este fenómeno local en la ingeniería civil, son:

Para la disipación de la energía del agua escurriendo por los vertederos de las presas y

otras obras hidráulicas, y evitar así la socavación aguas abajo de la obra.

Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de

medida y así mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propósitos de

distribución de agua.

Para incrementar peso en la cuenca de disipación y contrarrestar así el empuje hacia

arriba sobre la estructura.

Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrás el nivel aguas abajo, ya

que la altura será reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto.

Para indicar condiciones especiales del flujo, tales como la existencia del flujo supercrítico

o la presencia de una sección de control siempre que se pueda ubicar una estación de

medida.

Para mezclas químicas usadas para purificar el agua.

abastecimiento de agua a las ciudades

Page 5: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

5

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

3. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS

3.1 OBJETIVO GENERAL

Observar y comprender bajo qué condiciones se produce un salto hidráulico simple.

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar los elementos del salto hidráulico simple tales como tirantes conjugados y

longitud del salto a través de una compuerta y a través de un vertedero.

Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio.

4. IMPORTACIA DE LA PRACTICA

Es de gran importancia conocer y comprender el procedimiento para obtener las

características del salto hidráulico ya que tiene muchas aplicaciones en la ingeniería civil

como en el diseño de las estructuras de control como vertederos, aliviadores y estructuras de

caída, a menudo debe asegurarse de disipar el acceso de energía cinética que posee el flujo aguas

abajo. Esto se logra con unas estructuras conocidas como disipadores de energía y las cuales son

muy comunes en las estructuras de control

Page 6: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

6

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

5. FUNDAMENTO TEORICO

El Salto Hidráulico producido por obstáculos recibe el nombre de SALTO HIDRÁULICO FORZADO, mientras que el producido solamente por las condiciones del canal se denomina SALTO HIDRÁULICO SIMPLE. En ambos casos, la existencia de corrientes secundarias en las cresta del salto, que en los casos más violentes produce mezcla de aire en la corriente, produce pérdidas de energía cuyo cálculo resulta muy complicado.

El método más utilizado es inducir en el flujo una gran turbulencia por medio de cambios repentinos tanto en dirección como en expansión, como sucede con el resalto hidráulico (salto hidráulico), el cual es muy efectivo en la disipación de energía y convierte el flujo supercrítico en subcrítico. Veremos brevemente las propiedades más importantes del salto hidráulico.

Consideremos un tramo de un caudal el cual posee dos controles tanto en la parte superior como inferior: un aliviadero en la parte superior y una compuerta en la inferior (figura 2.15)

El vertedero o aliviadero produce flujo supercrítico al final de él y la compuerta se produce flujo subcrítico antes de ella; el resultado es un conflicto entre la influencia de los dos controles: uno de los cuales busca imponer flujo supercrítico y otro flujo subcrítico en el tramo de caudal dentro de ellos. Este conflicto se puede resolver únicamente si el flujo pasa de régimen supercrítico a subcrítico, y este paso no puede ser suave ya que el flujo ocurre de una baja elevación a una mayor. Evidencia experimental muestra que el flujo puede transformarse de supercrítico a subcrítico en forma abrupta por medio de un salto hidráulico; este cambio está acompañado de considerable turbulencia y disipación de energía.

Dado que las pérdidas de energía en el salto hidráulico no son conocidas de antemano, este es un caso donde no es posible aplicar la ecuación de la energía, así que tomamos el recurso de usar la ecuación del momento. Consideremos, entonces, la situación general mostrada en la figura 2.16 en la cual puede o no haber pérdidas de energía entre las secciones 1 y 2 y puede o no haber un obstáculo sobre el cual hay una fuerza de arrastre, Pf.

Page 7: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

7

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

De acuerdo al principio del momento.

F1 – F2 – Pf = (>rQV) 2 – (rQV) 2

Donde r<> es la densidad del agua. Para un canal rectangular, es necesario considerar un ancho unitario. Así que:

rqV2 – rqV1 = F1 – F2 – Pf =

Donde g es el peso específico del agua. Reorganizando términos.

Pf =

Haciendo la sustitución,

Para un salto hidráulico simple, Pf = 0 y la ecuación anterior puede escribirse como:

Esto es

Sustituyendo q =v1 y1,

o

(2.30)

La cual es la bien conocida ecuación del salto hidráulico, las profundidades del salto hidráulico agua arriba (y1) y agua abajo (y2) son llamados conjugados o se cuentes la una de la otra. La ecuación (2.30) es cuadrática en Y2/ Y1 cuya solución es dada por:

(2.31)

Page 8: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

8

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

La ecuación (2.31) puede usarse para calcular la profundidad (Y2) aguas abajo del resalto hidráulico cuando las condiciones aguas arriba son conocidas, consecuentemente es posible calcular la profundidad aguas arriba (Y1) cuando las condiciones aguas abajo son conocidas, mediante la siguiente expresión,

(2.32)

Es importante observar que el flujo después del salto hidráulico es subcrítico y entonces está sujeto a un control adicional aguas abajo. Entonces la profundidad aguas abajo es causada no por las condiciones aguas arriba sino por algún control actuando adicionalmente aguas abajo. Si este control produce la profundidad requerida Y2, un salto se formará; de otra manera no. Los estanques disipadores (o amortiguadores) y otras estructuras disipadoras utilizan esta propiedad para crear un resalto hidráulico y disipar la energía en exceso en el salto.

Las características deseables en las estructuras disipadoras de energía (estanques o pozos amortiguadores) son aquellas que tienden a:

Promover la formación de un resalto hidráulico dando condiciones adecuadas aguas abajo.

Establecer una condición de un resalto hidráulico estable Establecer su resalto hidráulico tan corto como sea posible.

La estabilidad y longitud del salto hidráulico varía de acuerdo a las condiciones aguas arriba y es función del número de Froude (Fr1).

Cuando Fr1<1.7, la diferencia en energía es pequeña y puede disiparse por radiación. No se necesita un salto hidráulico donde la energía es perdida convirtiéndose en calor debido a la turbulencia. Para un numero de Froude en el rango entre2.5 a4.5 hay un bien definido, pero todavía pobre salto hidráulico. Cuando Fr1esta entre4.5 a9.0el salto es fuerte y estable en una posición, en este rango de números de Fraude es donde es más necesario la disipación de energía.

Cuando el salto hidráulico se forma sobre un lecho esencialmente horizontal la longitud de este es aproximadamente de 6Y2 para un rango de 4.5 ≤ Fr1<13. Por razones económicas es deseable tener longitudes del delantal que sean menores a 6Y2. Este acortamiento del salto se puede obtener haciendo que la profundidad aguas abajo sea mayor que la profundidad conjugada Y2.Lo anterior forzó al resalto a formarse parcial o completamente sobre la pendiente fuerte o cara inclinada

Canales rectangulares horizontales

Para un flujo supercrítico en un canal horizontal rectangular, la energía del flujo se disipa progresivamente a través de la resistencia causada por la fricción a lo largo de las paredes y del fondo del canal, resultando una disminución de velocidad y un aumento de la profundidad en la

Page 9: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

9

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

dirección del flujo. Un salto hidráulico se formará en el canal si el número de Froude (F) del flujo, la profundidad (y1) y una profundidad aguas abajo (y2) satisfacen la ecuación:

Longitud del salto

La longitud del salto ha recibido gran atención de los investigadores, pero hasta ahora no se ha desarrollado un procedimiento satisfactorio para su cálculo. Se acepta comúnmente que la longitud “L” del salto se defina como la distancia medida entre la sección de inicio y la sección inmediatamente aguas abajo en que termina la zona turbulenta.

Un salto hidráulico se formará en el canal si el número Froude F1 del flujo, la profundidad del flujo y1 aguas arriba, y una profundidad aguas abajo y2 satisfacen la ecuación:

y2y1

=12 (√1+8F12−1)

y1y2

=12 (√1+8F22−1)

F=V√gy

V=Qby

La longitud del salto se puede determinar por las siguientes expresiones:

1. Para Canales RectangularesLy1

=9 .75 (F1−1 )1 .01

L=2 .5 (1.9 y2− y1) (Pavlovski)

L=10 . 3 y1(√F1−1 )0 .81 (Chertonsov)

L=8 (10+√F1)

F1∗ΔE

(Aivazion)

Tipos de salto hidráulico

Los saltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. Bureau of Reclamation en función del número de Froude del flujo

Page 10: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

10

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Características básicas del salto hidráulico

Las principales características de los saltos hidráulicos en canales rectangulares horizontales son:

Pérdida de energía

La pérdida de energía en el salto es igual a la diferencia en energía específica antes y después del salto. Se puede mostrar que la pérdida es:

a).- Para el salto hidráulico simple:

ΔE=( y2− y1 )3

4 y1 y2

b).- Para el salto hidráulico forzado:

ΔE=( y1− y2)+q2

2g ( 1y12

− 1y22

)

Eficiencia

La relación de la energía específica después del salto a aquella antes del salto se define como eficiencia del salto. Se puede mostrar que la eficiencia del salto es:

Esta ecuación indica que la eficiencia de un salto es una función adimensional, dependiendo solamente del número de Froude del flujo antes del salto.

II. DASARROLLO DE LABORATORIO

Page 11: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

11

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

1. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADO

Agua Una cinta métrica de3mts de longitud 1 pesa de 15Kg 1 Hidrómetro 1 cronometro Una bomba hidráulica de 1HP 1 Canal rectangular

Detalles del canala. Longitud total: 4870 mmb. Longitud Practica: 4500mmc. Ancho de canal: 75mmd. Altura total de canal:120mm

2. EXPLICACION DEL TRABAJO REALIZADO EN EL LABORATORIO

Se encendió la bomba que alimenta el canal

Se abrió la válvula de pase, dando lugar a la circulación del caudal sobre el canal.

Se calibro un hidrómetro

Se nivelo el canal de laboratorio.

Se coloco en el canal una placa metálica dejando una separación con el fondo del canal

simulando así una compuerta de tal forma que produzca un salto hidráulico simple, y

se dejo que se estabilizara el salto.

Se midió la profundidad del flujo antes y después del salto

Se midió la longitud del flujo antes y después del salto

Se determino el caudal real.

Se aplico 2 vueltas al mecanismo regulador de pendiente para tener flujo supercrítico.

Se coloco la placa metálica tocando el fondo del canal simulando un vertedor

El hidrómetro se coloco antes y después del Salto Hidráulico

Se midió la profundidad del flujo antes y después del salto

Page 12: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

12

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Se midió la longitud del flujo antes y después del salto

Se determino el caudal real.

Se coloco la placa metálica inclinada tocando el fondo del canal simulando un vertedor

Se aplico 1 vueltas al mecanismo regulador de pendiente para tener flujo supercrítico

El hidrómetro se coloco antes y después del Salto Hidráulico

Se midió la profundidad del flujo antes y después del salto

Se midió la longitud del flujo antes y después del salto

Se determino el caudal real.

3. RESUMEN DE LOS DATOS OBTENIDOS

No. De ensaye

# de Vueltas

Peso (Kg) T tiempo (Seg)

Y 1(cm) Y2 (cm) L (cm) Causas de Salto

1 0 15 24.9 0.85 3.6 45 Por compuerta2 2 15 25.08 0.80 3 37 Por compuerta3 0 15 25.27 0.70 3.7 36 Por vertedero4 1 15 25.05 1.05 3.85 27 Por vertedero5 0 15 24.7 0.8 3.7 40 Vertedero inclinado6 2 15 25.01 0.85 2.4 30 Vertedero inclinadoNota:

Hay que aclarar que las vueltas con signo negativos indican que, en la última vuelta de signo positivos se retrocedió esas misma cantidad de vuelta en dirección contraria, poniendo la manivela en cero vueltas, luego se comienzan a dar vueltas desde cero pero ahora en sentido contrario a las vueltas iníciales

III. CALCULOS

Page 13: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

13

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

1. METODOS Y FORMULAS A UTILIZARSE

Primeramente se calculara el caudal promedio (¨Q¨), esto se hará a través de:

Q promedio = (W/ρH2O*T promedio)

Donde W = 15KgT = Tiempo promedio de llenado del volumen

Posteriormente se calculara la pendiente del canal (¨S¨), esto tomando en cuenta que la posición inicial del canal la pendiente es cero, de ahí se obtienen pendientes positivas y negativas si sube o baja el canal respectivamente.

S = N*2.54/4500

Donde:

N = numero de vuelta en cierta dirección Nota:4500mm es la longitud total del canal, y 2.5mm sube o baja el canal por cada vuelta que se le dé a la manivela.

Luego se procederá a calcular la longitud teórica ¨L¨ del salto hidráulico, esto se hará teniendo en cuenta que el tipo de salto estudiado es un salto simple, ya que la ocurrencia del fenómeno se debe a la condiciones del canal (como son compuertas) además se utilizara la ecuación de Pavlovski para su respectivo calculo.

L = 2.5 (1.9Y2 −Y1) A continuación se calculara las pérdidas de energía ¨∆E ¨que se produjeron durante el

salto hidráulico esto se hará a través de la siguiente ecuación:

∆E = (Y2 −Y1)3/(4Y2*Y1)

También se calculará la fuerza especifica o función impulso (M) esto para saltos hidráulico simples a través de la ecuación general que define dicho concepto

M = Y 1 A1+ (Q2/gA1) = Y 2 A2+ (Q2/gA2)

Page 14: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

14

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Finalmente para fines grafico se calculara la relación (Y2/Y1), relación que se debe establecer de la siguiente forma para que pueda existir un salto hidráulico

Y2/Y1 = 0.5 (√1+8 (F12)1)

Donde: F = Numero de Froude = V2/ (g Y) = Q2/ (g*b2*Y3)b = ancho de canal 7.5cm

2. CALCULOS MATEMATICOS

Caudal (Q) sobre el canal

Q promedio = (W/ρH2O*T promedio)

Tiempo promedio= (24.9 + 25.08 + 25.27 + 25.05 + 24.7 + 25.01)/6 =

= 24,002 seg

Q promedio = 15kg/ ((1000kg/m3)*24,002seg) = 0,0006m3/seg =600 cm3/seg

Pendiente ¨S¨ a diferentes valores de vueltas.

S = N*2.54/4500

N = 1 N=2

S= 0,001 S = 0,002

Longitud teórica del salto Hidráulico

Page 15: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

15

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

L = 2.5*(1.9*Y2 Y1)

A continuación el procedimiento y resultado se muestra en la siguiente tabla:

Ensaye No. Y2 (cm) Y1 (cm) L (cm) teórica= 2.5*(1.9Y2 Y1)

1 3.6 0.85 14.9752 3 0.80 12.2503 3.7 0.70 15.8254 3.85 1.05 15.6635 3.7 0.8 15.5756 2.4 0.85 9.275

Perdidas de Energía

∆E = (Y2 −Y1)3/(4Y2*Y1)

A continuación el procedimiento y resultado se muestra en la siguiente tabla

Ensaye No. Y2 Y1 ∆E (cm) = (Y2 −Y1)3/(4Y2*Y1)

1 3.6 0.85 1.6992 3 0.80 1.1093 3.7 0.70 2.6064 3.85 1.05 1.3585 3.7 0.8 2.0606 2.4 0.85 0.456

Fuerza especifica o función Impulso.

M = Y 1 A1+ (Q2/gA1) = Y 2 A2+ (Q2/gA2)

Page 16: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

16

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Aguas abajo

M = (Y1/2) (b*Y1) + (Q2/ (g*b*Y1)) = (b/2) (Y1)2 + (Q2/ (g*b*Y1))

Pero también ¨M¨ puede ser expresado en función de Y2

Aguas arriba

M = (b/2) (Y2)2 + (Q2/ (g*b*Y2))

A continuación se plantea el procedimiento y resultados de los cálculos

Q= 600 cm3/seg

g = 981 cm/seg2

Ensaye No. Y2 (cm) Y1 (Cm) (Aguas arriba) M (cm3) = 3.75(Y2)2 + (6002)/(981*7.5*Y2)

(Aguas abajo) M (cm3) = 3.75(Y1)2 + (6002)/(981*7.5*Y1)

1 3.6 0.85 62.192 60.2742 3 0.80 50.060 63.5623 3.7 0.70 64.562 71.7374 3.85 1.05 68.293 50.7345 3.7 0.8 64.562 63.5626 2.4 0.85 41.987 60.274

Nota:

Hay que señalar que el resultado de ¨M¨ para aguas arriba es diferente del valor para aguas abajo, aunque en teoría estos valores deberían ser iguales. Sus motivos serán expuestos en las conclusiones de este reporte

Relación Y2/Y1 para saltos Hidráulicos

Y2/Y1 = 0.5 (√1+8 (F12)1)

Page 17: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

17

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

F1 = Q2/ (g*b2*Y13)

Q= 600 cm3/seg

g = 981 cm/seg2

Ensaye No. Y1 (cm) Y2 (cm) F1 = (6002)/(981*7.52*Y13) Y2/Y1 = 0.5(√1+8 (F12)1) Y2/Y1 (experimentales)

1 0.85 3.6 10.623 14.532 4.2352 0.80 3 12.742 17.527 3.7503 0.70 3.7 19.020 26.403 5.2864 1.05 3.85 5.636 7.486 3.6675 0.8 3.7 12.742 17.527 4.6256 0.85 2.4 10.623 14.532 2.824

NOTA:

Según la teoría, para que ocurran un salto hidráulico éste debe satisface la ecuación de la columna #5 de la tabla anterior, al comparar el resultado de la columna 5 y 6 de la tabla en teoría deberían ser iguales, ya que estamos tratando de los mismos términos, pero resulta que los datos son muy diferentes, entonces nos preguntamos ¿Qué pasa?

Page 18: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

18

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

3. TABLA DE RESULTADOS

Ensaye No.

Tipo de salto

Condiciones de salto Y1 (cm) Y2 (cm) L (cm) Experimental

L (cm)Teórico

∆E (cm)

M (aguas abajo)

M (aguas arriba)

Y2/Y1Experimental

Y2/Y1Teórico

1 Simple Por compuerta 0.85 3.6 45 14.975 1.699 60.274 62.192 4.235 14.5322 Simple Por compuerta 0.80 3 37 12.250 1.109 63.562 50.060 3.750 17.5273 Simple Por vertedero 0.70 3.7 36 15.825 2.606 71.737 64.562 5.286 26.4034 Simple Por vertedero 1.05 3.85 27 15.663 1.358 50.734 68.293 3.667 7.4865 Simple Vertedero inclinado 0.8 3.7 40 15.575 2.060 63.562 64.562 4.625 17.5276 Simple Vertedero inclinado 0.85 2.4 30 9.275 0.456 60.274 41.987 2.824 14.532

GRAFICAS

Page 19: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

19

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Nota:Aunque en teoría la fuerza especifica tanto aguas arriba como agua abajo debería ser igual, en la práctica estos valores resultan ser diferentes por ellos se hará una grafica de M vs Y, para agua arriba y aguas abajo de forma independiente

M cm3(X) Vs Y cm (Y)

41.000 46.000 51.000 56.000 61.000 66.000 71.0000.600

1.100

1.600

2.100

2.600

3.100

3.6003.850

3.7003.600

3.000

2.400

1.0500.850 0.800

0.700

M vs Y (Aguas abajo)M vs Y (Agua Arriba)

Y2/Y1 (X) Vs F1 (Y)

Page 20: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

20

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Se puede observar que cuando la relación de Y2 y Y1 o la profundidad del salto aumentan el número de froude el estado del flujo se vuelve mas supercrítico o rápido, turbulento teniendo una velocidad relativamente alta

5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.0000.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

20.000

10.623

12.742

19.020

5.636

12.742

10.623

Y2/Y1 Vs F1 (Teorico)

Y2/Y1 Vs F1 (Teorico)

Page 21: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

21

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

IV. COMPRESION DE LOS RESULTADOS

1. CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son las fuentes de error en el experimento?

La apreciación de las lecturas de los tirantes pudo ser incorrecta. La mala calibración del hidrómetro Mal estado de los equipos. Error en la toma tiempo con el cronómetro Error en la medición de la longitud del salto

2. Investigar cómo se clasifican los tipos de salto hidráulico de acuerdo al número de Froude.

Para F = 1, el flujo es crítico y por consiguiente no se forma salto.

Para F = 1 a 1.7, la superficie del agua muestra ondulaciones y se presenta el resalto ondulante.

Para F = 1.7 a 2.5, se desarrolla una serie de remolinos sobre la superficie del resalto, pero la superficie del agua hacia aguas abajo permanece uniforme. La velocidad a través de la sección es razonablemente uniforme y la pérdida de energía es bajo. Se presenta el resalto débil.

Para F = 2.5 a 4.5, existe un chorro oscilante que entra desde el fondo del resalto hasta la superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad. Se produce entonces el resalto oscilante.

Para F = 4.5 a 9.0, la extremidad de aguas abajo del remolino superficial y el punto sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurren prácticamente en la misma sección vertical, esto produce el resalto estable.

Para F = 9.0 y mayores, el chorro de alta velocidad choca con de agua intermedia que ocurren hacia bajo a lo largo de la cara frontal del resalto generado ondas hacia aguas abajo. Resalto fuerte

Page 22: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

22

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

Según estudios del Bureau de Reclamación de los Estados Unidos de América (USBR), el salto hidráulico se clasifica de acuerdo con el número de Froude en la sección de aguas arriba.

Page 23: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

23

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

3. Indique bajo qué condiciones de flujo, ocurren los saltos hidráulicos en el experimento.

El flujo supercritico se da antes de la compuertaEl flujo supercritico se da después del vertedero con flujo nuloEl flujo supercritico se da después del vertedero sin flujo nulo

Ensaye No. Y1 (cm) Y2 (cm) F1 =

(6002)/(981*7.52*Y13) Clasificación del salto

1 0.85 3.6 10.623 Salto fuerte

2 0.80 3 12.742 Salto fuerte

3 0.70 3.7 19.020 Salto fuerte

4 1.05 3.85 5.636 Salto permanente

5 0.8 3.7 12.742 Salto fuerte

6 0.85 2.4 10.623 Salto fuerte

Page 24: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

24

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

4. Calcular la fuerza específica o la cantidad de movimiento producido tanto aguas arriba como aguas abajo.

Teóricamente M = Y 1 A1+ (Q2/gA1) = Y 2 A2+ (Q2/gA2)

Aguas abajo

M = (Y1/2) (b*Y1) + (Q2/ (g*b*Y1)) = (b/2) (Y1)2 + (Q2/ (g*b*Y1))

Aguas arriba

M = (b/2) (Y2)2 + (Q2/ (g*b*Y2))

Ensaye No. Y2 (cm) Y1 (Cm)(Aguas arriba) M (cm3) = 3.75(Y2)2 + (6002)/(981*7.5*Y2)

(Aguas abajo) M (cm3) = 3.75(Y1)2+ (6002)/(981*7.5*Y1)

1 3.6 0.85 62.192 60.2742 3 0.80 50.060 63.5623 3.7 0.70 64.562 71.7374 3.85 1.05 68.293 50.7345 3.7 0.8 64.562 63.5626 2.4 0.85 41.987 60.274

Page 25: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

25

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

5. Determinar los tirantes conjugados en cada caso.

Y2/Y1 = 0.5 (√1+8 (F12)1)

6. Determinar la longitud del salto hidráulico.

Ly1

=9 .75 (F1−1 )1 .01

L=2 .5 (1.9 y2− y1) (Pavlovski)

L=10 .3 y1(√F1−1)0 . 81 (Chertonsov)

L=8 (10+√F1)

F1∗ΔE

(Aivazion)

Ensaye N° L(cm) exp L(cm) Pavlovski L(cm) Chertonson L(cm) Aivazion

1 45 14.975 16.943 16.966

2 37 12.250 17.698 9.450

3 36 15.825 19.249 15.742

4 27 15.663 13.989 23.846

5 40 15.575 17.698 17.549

6 30 9.275 16.943 4.557

Ensaye No. Y2 (cm) Y1 (Cm) Y2/Y1

ExperimentalY2/Y1Teórico

1 3.6 0.85 4.235 14.5322 3 0.80 3.750 17.5273 3.7 0.70 5.286 26.4034 3.85 1.05 3.667 7.4865 3.7 0.8 4.625 17.5276 2.4 0.85 2.824 14.532

Page 26: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

26

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

7. Calcular la fuerza por unidad de ancho que ejerce el flujo sobre el obstáculo.

En un salto hidráulico simple Pfˠ

=0

P fγ b

=M '1−M '2

La fuerza por unidad de ancho que ejerce el flujo sobre el obstáculo es cero porque no hay

obstáculo

La fuerza específica por unidad de ancho M' como:

M I=Mb

= q2

gy+ y

2

2

8. Calcular la pérdida de energía.

ΔE=( y2− y1 )3

4 y1 y2

Ensaye No. Tipo de salto Condiciones de salto Y1 (cm) Y2 (cm) ∆E (cm)

1 Simple Por compuerta 0.85 3.6 1.6992 Simple Por compuerta 0.80 3 1.1093 Simple Por vertedero 0.70 3.7 2.6064 Simple Por vertedero 1.05 3.85 1.3585 Simple Vertedero inclinado 0.8 3.7 2.0606 Simple Vertedero inclinado 0.85 2.4 0.456

9. Exponga sus sugerencias acerca de la prácticaSe podría contar con más hidrómetros bien calibrados para la rapidez de la práctica y poder tomas más datos de altura del flujo

Page 27: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

27

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

V. ANALISIS DE LOS RESULTADOS

1. CONCLUSIONES

Análisis e interpretación de los resultados obtenidos.

Comparando la longitudes teórica calculada con las ecuaciones de ( Pavlovski, Chertonsov ,Avivazion)con la obtenida en laboratorio se observa que hay grandes diferencias incluso entre las mismas longitudes teóricas por lo cual podemos concluir que la distancia medida entre la sección de inicio y la sección inmediatamente aguas abajo en que termina la zona turbulenta es difícil de apreciar y de obtener un valor exacto. Fórmulas utilizadas no ofrecen exactitud y precisión satisfactoria.

Los valores de los tirantes conjugados teóricos son mayores que los experimentales en todos los ensayos realizados las profundidades del salto hidráulico agua arriba (y1) y agua abajo (y2) son llamados conjugados o se cuentes la una de la otra.

Para el caso de la compuerta es importante observar que el flujo después del salto hidráulico es subcrítico y entonces está sujeto a un control adicional aguas abajo. Para el caso del vertedor (donde se produce el flujo nulo) produce flujo supercrítico al final de él. Para el caso del vertedero inclinado la velocidad se aumento inclinando la placa metálica hasta que se desapareciera el flujo nulo y el salto hidráulico es menor.

Según la teoría para que se produzca un salto hidráulico Y2/Y1 (experimentales), y Y2/Y1

= 0.5 (√1+8 (F12)1) teórico deben ser iguales y nuestros resultados no cumple con la condición pero el experimento se observo´ un cambio de nivel bajo a uno más alto lo cual caracteriza un salto hidráulico

Según los resultados se observa que donde hay más pérdidas de energía es en el vertedero con flujo nulo luego le sigue el vertedero sin flujo nulo y por último el caso de la compuerta estos resultados son bastante irregulares

Hay que señalar que el resultado de ¨M¨ para aguas arriba es diferente del valor para aguas abajo, aunque en teoría estos valores deberían ser iguales (el caudal, el ancho del canal y la gravedad son constante Y1, Y2 varían por lo tanto el grado de precisión dependerá de estos valores.

Se concluye que afecto nuestros resultados fue la incorrecta apreciación de donde se debió colocar el hidrómetro y la imprecisión al leer tas lecturas Y1, Y2, la mala calibración del hidrómetro Error en la toma tiempo con el cronómetro

Page 28: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

28

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II

VI. BIBLIOGRAFIA

Guías De Laboratorio De Hidráulica II. Departamento De Hidráulica. UNI.

Cuaderno de anotaciones Hidráulica II.

V.L.Streeter - Mecánica De Los Fluidos

Hidráulica de Canales Abiertos. Richard H. French. Edición I. McGraw – Hill de México. 1988.

VII. Anexos

Page 29: Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II · Web viewUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAS FTC LABORATORIO DE HIDRÁULICA II PRACTICA # 3 DETE RMINACIÓN DEL SALTO HIDRAULICO INTEGRANTES:La

29

Reporte de laboratorio #3 de Hidráulica II