Informe-Resalto-Hidraulico

(1)

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

puede producirse producirse en en cualquier cualquier canal, canal, pero pero en en la la práctica práctica los los resaltos resaltos se se obligan obligan a a formarse formarse enen

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 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 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 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 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 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 análisis de tal forma de poder concluir los diversos tópicos asociados a la materia de resalto hidráulico.

hidráulico.

Este informe consta de dos experiencias diferentes en donde se hizo variar la altura de la 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 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 conjugados, longitud de resalto y también mediante las ecuaciones de resalto donde se hará una comparación de lo medido con lo calculado.

(2)

ÍNDICE DE CONTENIDO

1.- OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA ... 3

1.1 1.1 OBJETIVOBJETIVO O GENERAL GENERAL ... .... 33

2.- APLICACIONES DE LA PRÁCTICA ... 4

3.- MARCO TEÓRICO ... 6

1.2 1.2 OBJETIVOBJETIVOS OS ESPECÍFICICOESPECÍFICICOS S ... ... 33

3.1. INTRODUCCIÓN. - ... 6

3.2 ECUACIONES DEL 3.2 ECUACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO PARA RESALTO HIDRÁULICO PARA DIFERENTES FORMAS DE DIFERENTES FORMAS DE SECCIÓN ..SECCIÓN ... 9... 9

3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR ... 9 3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR ... 9 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL ... 11 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL ... 11 3.2.3 SECCIÓN PARABÓLICA ... 12 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 3.4.2 TIPOS DE TIPOS DE R.H., R.H., SEGÚN EL SEGÚN EL NÚMERO DE NÚMERO DE FROUDE, F1. ...FROUDE, F1. ... 14. 14 3.5 LONGITUD DEL RESALTO ... 16

3.5 LONGITUD DEL RESALTO ... 16

3.6 Eficiencia del resalto hidráulico,... 19

4.- 4.- APARATOS, APARATOS, INSTRUMENTINSTRUMENTOS OS Y Y MATERIALES MATERIALES UTILIZADOS ...UTILIZADOS ... 20.. 20

4.1 ESQUEMA DE 4.1 ESQUEMA DE AFORO POR METODO AREA AFORO POR METODO AREA VELOCIDAD (CANAL REHBOCK) ...VELOCIDAD (CANAL REHBOCK) ... 20... 20

... 20 ... 20 5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA... 21 5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA... 21 4.2 EQUIPOS ... 21 4.2 EQUIPOS ... 21 4. 3 INSTRUMENTOS ... 22 4. 3 INSTRUMENTOS ... 22 4.5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA ... 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

(3)

ÍNDICE DE CONTENIDO

1.- OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA ... 3

1.1 1.1 OBJETIVOBJETIVO O GENERAL GENERAL ... .... 33

2.- APLICACIONES DE LA PRÁCTICA ... 4

3.- MARCO TEÓRICO ... 6

1.2 1.2 OBJETIVOBJETIVOS OS ESPECÍFICICOESPECÍFICICOS S ... ... 33

3.1. INTRODUCCIÓN. - ... 6

3.2 ECUACIONES DEL 3.2 ECUACIONES DEL RESALTO HIDRÁULICO PARA RESALTO HIDRÁULICO PARA DIFERENTES FORMAS DE DIFERENTES FORMAS DE SECCIÓN ..SECCIÓN ... 9... 9

3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR ... 9 3.2.1 SECCIÓN RECTANGULAR ... 9 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL ... 11 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL ... 11 3.2.3 SECCIÓN PARABÓLICA ... 12 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 3.4.2 TIPOS DE TIPOS DE R.H., R.H., SEGÚN EL SEGÚN EL NÚMERO DE NÚMERO DE FROUDE, F1. ...FROUDE, F1. ... 14. 14 3.5 LONGITUD DEL RESALTO ... 16

3.5 LONGITUD DEL RESALTO ... 16

3.6 Eficiencia del resalto hidráulico,... 19

4.- 4.- APARATOS, APARATOS, INSTRUMENTINSTRUMENTOS OS Y Y MATERIALES MATERIALES UTILIZADOS ...UTILIZADOS ... 20.. 20

4.1 ESQUEMA DE 4.1 ESQUEMA DE AFORO POR METODO AREA AFORO POR METODO AREA VELOCIDAD (CANAL REHBOCK) ...VELOCIDAD (CANAL REHBOCK) ... 20... 20

... 20 ... 20 5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA... 21 5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA... 21 4.2 EQUIPOS ... 21 4.2 EQUIPOS ... 21 4. 3 INSTRUMENTOS ... 22 4. 3 INSTRUMENTOS ... 22 4.5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA ... 22 4.5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA ... 22

6.- HOJA DE LEVANTAMIENTO DE DATOS ... 23

(4)

7.3 GRÁFICAS ... 28 7.3 GRÁFICAS ... 28 7.4 TABLA DE RESULTADOS ... 29 7.4 TABLA DE RESULTADOS ... 29 8.- ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 30 8.- ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 30 8.1 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ... 30 8.1 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ... 30 8.2 RELACION DE VARIABLES ... 31 8.2 RELACION DE VARIABLES ... 31 9.- CONCLUCIONES ... 31 9.- CONCLUCIONES ... 31 10.- RECOMENDACIONES ... 32 10.- RECOMENDACIONES ... 32 11. Bibliografía... 32 11. Bibliografía... 32 INDICE DE FIGURAS INDICE DE FIGURAS FIGURA N° 1 ESTRUCTURA DE DISIPACION CON PERFIL CREAGER Y CUENCO FIGURA N° 1 ESTRUCTURA DE DISIPACION CON PERFIL CREAGER Y CUENCO AMORTIGUADOR CON DENTELLONES ... AMORTIGUADOR CON DENTELLONES ... 4... 4

FIGURA N° 2 FIGURA N° 2 CUENCO AMORTIGUADOR CUENCO AMORTIGUADOR ... ... 55

FIGURA N° 3 COLCHON DISIPADOR DE ENERGIA CENTRAL HIDROELECTRICA FIGURA N° 3 COLCHON DISIPADOR DE ENERGIA CENTRAL HIDROELECTRICA RUCUE RUCUE ... 5... 5

INDICE DE TABLAS INDICE DE TABLAS Tabla 1 Tabla 1 Clasificación de los resaltos hidráulicos, según la U.S.B.Clasificación de los resaltos hidráulicos, según la U.S.B.R ... 15R ... 15 Tabla 2 DATOS INICIALES 1 ...

Tabla 2 DATOS INICIALES 1 ... ... 2424 Tabla 3 DATOS INICIALES 2 ...

Tabla 3 DATOS INICIALES 2 ... ... 2424 Tabla 4

Tabla 4 RESULTADOS DE RESULTADOS DE LA PRACTICA LA PRACTICA ... ... 2929 Tabla 5

Tabla 5 COMPARACION DE COMPARACION DE CALCULOS CALCULOS ... ... 2929

INDICE GRAFICAS

No se encuentran elementos de tabla de ilustraciones. No se encuentran elementos de tabla de ilustraciones.

(5)

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

(6)

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

(7)

FIGURA N° 2 CUENCO AMORTIGUADOR

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

(8)

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.

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

(9)

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.

(10)

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

(11)

(1)

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:

de donde, dependiendo del tipo de régimen conocido se tiene:a) Régimen supercrítico conocido

(12)

(2)

(3)

(5) (4) (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

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

(13)

(3) (6)

(7) 3.2.2 SECCIÓN TRAPEZOIDAL

1.- Con el tirante y conocido (subcrítico o supercrítico), calculart yr

2.- Sustituir los valores det yr en la ecuación

3.- Resolver por tanteos la ecuación y calcular J

(14)

(8)

(9) 3.2.3 SECCIÓN PARABÓLICA

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)

(15)

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

(16)

Resalto hidráulico libre o en posición normal. Es la posición ideal de un R.H. para la cual Y1 y F1, 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 F1, 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 y1F’, 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.

(17)

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

(18)

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 5-26 Longitud del 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.

2= tirante conjugado mayor, en m.

K = parámetro que depende del talud Zdel canal, según la siguiente tabla:

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

(19)

(12)

(13)

(14)

(15) donde:

L= longitud del resalto, en m.

(20)

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

FIGURA N° 8Longitud del resalto, en canales de sección rectangular con

(21)

(16)

(17)

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.

Siendo:

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

F1, F2 = Números de Froude, adimensional.

v1, v2 = Velocidades, en [m/s]

(22)

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

(23)

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

de caudales en sistemas de riego.

FUNCION: Determinar el caudal teórico que circula por el canal.

(24)

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

(25)

(26)

7.- CÁLCULO

7.1 DATOS INICIALES Y COMPLEMENTARIOS

Tabla 2 DATOS INICIALES 1

características del canal

forma 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)

Tabla 3 DATOS INICIALES 2

características Experimentales

variables 1 2 3 unid

Lectura inicial en la mira (L1) = 3,3 3,3 3,3 (cm)

Lectura final en la mira (L2) = 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 (y1) = 3,5 5 7 (cm)

Tirante conjugado mayor (y2) = 11 19 24 (cm)

(27)

7.2 DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS

Observación 1

Calculo del caudal atreves de la ecuación del vertedero: H= L2 – L1 H en m

 = 1.0024 ∗ 

.

_{ = 1.0024 ∗ 0.096}

.

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

Área mojada (A) en m2_:





=  ∗ 







= 0.6 ∗ 0,035

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





=

_





=

._{.} Carga de velocidad en m:  

=

. ∗,

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

 = 

):



_

=

_

= 



_

=

._,

 = 0.035



_

 Paso 3 Paso 4 Paso 1



_

= 0,021

 Paso 2



_

= 1.67 /



_

2

= 0,14 

Paso 5





= 0,035 

(28)

Número de Froude (NF) adimensional y clasificación del flujo (Efecto de gravedad).





=

_{ ∗} _

 =

_{√ ,∗,}.

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 (v1) = 1,673

Carga de velocidad sección 1 (v12 /2g) = 0,143

Profundidad hidráulica sección 1 (D1) = 0,035

Número de Froude en 1 (F1) = 2,85

Velocidad en la sección 2 (v2) = 0,532

Carga de velocidad sección 2 (v22 /2g) = 0,014

Profundidad hidráulica sección 2 (D2) = 0,110

Numero de Froude en 2 (F2) = 0,512

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

 

=

.   

=

 .

 = 2.85 Adimensional

FLUJO SUPERCRITICO Paso 6 Paso 7 Paso 8 ₁ ₂= 0.32_ ₂ ₁= 3.14_

(29)

Calculo de las relaciones a partir de las ecuaciones 2 y 3 _ 

=

 

 1  8 



 1

_ 

=

 

√ 1  8 ∗ 2 . 9



 1

_ 

=

 

 1  8 



1

_ 

=

 

√ 18∗0.51



 1

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

∆  = 







 

2

 







_

2

∆ = 0.11  0.014  0.035  0.143

∆ =

− ∗∗

∆ =

.−. ∗.∗.

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

η

=

 +  +

∗100

η

=

.+._{.+.}

∗ 10

0 η

=

(F _−) ⁄ _−F  _+ F_(+F_) η

=

(∗₎ ⁄ _{−∗.}_+ ∗._{∗+.}_ 2,85

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. Paso 9 Paso 12 ₂ ₁= 3.56_ ₁ ₂= 0.38_ Paso 11 Paso 10 η

=70.05

η

=72.95

∆ = 0.027

∆ = 0.053

(30)

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

(31)

7.4 TABLA DE RESULTADOS

Tabla 4 RESULTADOS DE LA PRACTICA

características Experimentales

variables observaciones unid

1 2 3

Caudal (Q) = 0,035 0,052 0,076 [m3 /s] Área mojada en la sección 1 (A1) = 0,021 0,030 0,042 [m2]

Área mojada en la sección 2 (A2) = 0,066 0,114 0,144 [m2]

Velocidad en la sección 1 (v1) = 1,67 1,75 1,81 [m/s]

Carga de velocidad sección 1 (v12 /2g) = 0,14 0,16 0,17 [m]

Profundidad hidráulica sección 1 (D1) = 0,035 0,050 0,070 [m]

Número de Froude en 1 (F1) = 2,85 2,49 2,19 [-]

Velocidad en la sección 2 (v2) = 0,53 0,46 0,53 [m/s]

Carga de velocidad sección 2 (v22 /2g) = 0,014 0,011 0,014 [m]

Profundidad hidráulica sección 2 (D2) = 0,11 0,19 0,24 [m]

Numero de Froude en 2 (F2) = 0,51 0,34 0,34 [-]

y2 / y1(Experimental) = 3,14 3,80 3,43 [-] y1 / y2(Experimental) = 0,32 0,26 0,29 [-] y2 / y1(Teórico E. 2) = 3,57 3,06 2,64 [-] y1 / y2(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] Clasificación del Resalto oscilante oscilante debil

(32)

VALORES EXPERIMENTALES VALORES TEORICOS unidades y2/y1= 3,14 y2 /y 1 = 3,57 adimensional y2/y1= 3,80 y2 /y 1 = 3,06 adimensional y2/y1= 3,43 y2 /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<F<4.5 q resulta en un resalto oscilante, se caracteriza por la formación de un chorro intermitente sin ninguna periocidad, que parte desde el

(33)

fondo y se manifiesta hasta la superficie, y la retrocede nuevamente. Cada oscilación produce una gran onda que puede viajar largas distancias la disipación de energía es del 15 al 45%.

La observación 3 el número de Froude es de 2.19 que resulta un resalto 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.

8.2 RELACION DE VARIABLES

}

 En cuanto a la ecuación del vertedero, el caudal es completamente proporcional a la altura de la mira.

 En cuanto a la ecuación la velocidad es proporcional al caudal e

inversamente proporcional al área, mayor caudal mayor velocidad, mientras que mayor área menor velocidad.

9.- CONCLUCIONES

 Del resultado del experimento realizado se puede concluir que se logró en parte el

objetivo, ya que se obtuvieron por lo menos en una de las observaciones resultado bastante parecidos para el cálculo de la profundidad de flujo antes y después del

resalto al compararse los datos obtenidos del laboratorio y los obtenidos a través de cálculos, además al hallar el error de los datos obtenidos experimentalmente se encuentran errores por arriba del 10%.

 También puede decirse que pudo haberse cometido un error al determinar en

laboratorio cual es la longitud del resalto, ya que se observa gran diferencia entre