EXPERIMENTO G El Salto Hidráulico. OBJETIVO Investigar las características de una Ola erguida (el salto hidráulico) que se produce cuando el flujo de agua debajo de un vertedor sumergido y observar el flujo de los patrones obtenidos. EQUIPO DE INSTALACIÓN Canal multipropósito de enseñanza, C4. Vertedor de descarga sumergida ajustable. Gancho y punto indicador de nivel, de 300 mm de escala. Se necesitan 2. Cronómetro en caso de la medición de gasto usando el tanque volumétrico (no suministrado). Nota: Si está disponible, el tubo de Pitot y manómetro, C4-61 (accesorio opcional) se pueden utilizar para medir directamente la velocidad del agua. RESUMEN DE LA TEORÍA Y DE ANTECEDENTES Cuando el agua fluye rápidamente hacia las cargas más lentas de flujo pasivo el salto hidráulico u ola erguida se produce. Este fenómeno se puede observar cuando el agua pasa por debajo de una puerta de esclusa y se mezcla con aguas más profundas aguas abajo. Se produce cuando una profundidad inferior de la critica cambia a una profundidad superior a la critica y debe ir acompañada de una pérdida de energía. Un salto ondular se produce cuando el cambio en la profundidad es pequeño. La superficie del agua ondula en series de oscilaciones que gradualmente decaen a una región sin problemas en un flujo pasivo. Un salto directo se produce cuando cambio en la profundidad es grande. La gran cantidad de energía que se traduce en la pérdida de una zona de agua muy turbulenta antes de que se asiente sin problemas en un flujo pasivo. Al considerar las fuerzas que actúan dentro del fluido en ambos lados de un salto hidráulico de la unidad de ancho se puede demostrar que: H y a Va2 V2 yb b 2g 2g Considerando como unidad el canal la ecuación se convierte en: Q2 Ey 2gy 2 Dónde: ΔH = Perdida de carga total a través del salto (energía disipada) (m) Va = Velocidad media antes del salto hidráulico. (m.s-1) ya = Profundidad de flujo antes del salto hidráulico. (m3.s-1) Vb = Velocidad media después del salto hidráulico. (m.s-1) ya = Profundidad de flujo después del salto hidráulico. (m3.s-1) Debido a que la sección de trabajo es corta ya ≈ y1 y yb ≈ y3. Por lo tanto simplificando la ecuación anterior: H y3 y1 3 4 y1 y 3 PROCEDIMIENTO Asegúrese de que el canal este nivelado, sin obstrucciones en el extremo final de descarga del canal. Mida y registre el ancho real b (m) del vertedor de descarga sumergido. Fije el vertedor de descarga sumergida asegurándolo a los lados del canal estrecho aguas arriba al final del canal con el borde afilado en la parte inferior de la puerta mirando aguas arriba. Para resultados exactos los espacios entre el vertedor y el canal deben ser herméticamente sellados en la parte aguas arriba utilizando plastilina. Ubique dos ganchos y puntos indicadores de nivel en los lados del canal, aguas debajo de vertedor, cada uno con el punto equipado. El dato para todas las mediciones será el fondo del canal. Con cuidado, ajuste el indicador de nivel para que coincida con el fondo del canal y registre el dato de lectura. Ajuste la perilla en la parte superior del vertedor para posicionar el borde afilado del vertedor a 0.020 m sobre el fondo del canal. Coloque un obstáculo en la descarga final del canal. Abra gradualmente la válvula de control de flujo y ajuste la corriente hasta que se genere un salto ondular con pequeñas ondulaciones que decaen hacia la descarga final de canal. Observe y dibuje el patrón de flujo. Aumentar la altura del agua aguas arriba del vertedor mediante el aumento del gasto y aumente la altura del obstáculo para crear un salto hidráulico en el centro de la sección de trabajo. Observe y dibuje el patrón de flujo. Mueva un indicador de nivel hacia la región de flujo rápido justo aguas arriba del salto (sección a). Mueva el segundo indicador de nivel a la región de flujo pasivo justo después del salto (sección b). Mida y registre los valores de y1, y3, yg y Q. Repita esto para otros gastos Q (la carga aguas arriba) y alturas de la puerta yg. RESULTADOS Y CÁLCULOS Tabule sus mediciones y cálculos de la siguiente manera: b = ………. (m) Ancho de la puerta yg y1 Calcule V1 y tabule Calcule y3 Q Hb ΔH y V12 contra 3 . y1 gy1 y H H y tabule contra 3 . y1 y1 y1 Calcule yc y verifique si y1 ≤ yc ≤ y3 CONCLUSIONES Compruebe que la fuerza de la corriente en ambos lados del salto sea igual y que la H curva de energía específica predice una pérdida igual a . yc Sugiera una aplicación donde la pérdida de la energía en un salto hidráulico sería deseable. ¿Cómo es la energía disipada?