PRACTICA #2 RESALTO HIDRÁULICO PRESENTADO POR: JHON NAYERSSON LOPEZ-(1102942) DIEGO FRANCO-(1103020) CARLOS-(1102952) INFORME LABORATORIO PRESENTADO A: ING. YOLIMA AGUALIMPIA DUALIBY UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA. INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C 2019 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 2 2. MARCO TEORICO. ........................................................Ошибка! Закладка не определена. 3. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA ......................................................................................... 2 3.1. Datos de entrada ...................................................................................................................... 4 3.2. Cálculos ................................................................................................................................... 5 4. ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES .............................................................. 9 5. RECOMENDACIONES. ............................................................................................................ 9 6. BIBLIGRAFÍA. .......................................................................................................................... 9 1. INTRODUCCIÓN En el presente informe se tratará el tema de salto o resalto hidráulico el cual se define como un 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. Para poder analizar el comportamiento de un salto hidráulico en un canal que presenta la misma pendiente y sección, es necesario medir la altura de la lámina de agua en diferentes puntos con el objetivo de determinar a partir del cálculo del número de froude el tipo de resalto que se presenta para las distintas aperturas de la compuerta. Además, se estimarán las pérdidas de energía y la longitud del resalto. 2. MARCO TEORICO El resalto hidráulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en un canal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua la cual fluye a una elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad, este fenómeno se presenta en un detallado denominado fuerza de equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen del flujo de agua de supercrítico a sub-critico. El resalto hidráulico es muy efectivo en disipar energía mecánica ya que es extremadamente turbulento, lo que es un rasgo característico a tener en cuenta para las aplicaciones en presas o vertederos. 2 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 Figura 1. Resalto Hidráulico Tipos de resalto hidráulico Los resaltos hidráulicos se pueden clasificar de acuerdo con el U.S. (Oficina de reclamación), de la siguiente forma, en función del número de Froude del flujo de aguas arriba del salto y los limites indicados que no marcan cortes nítidos, si no que dependen de las condiciones locales. Para F1=1 el flujo es crítico y de aquí no se forma ningún salto. Para 1.0 < F1 < 1.7 la superficie del agua muestra ondulaciones y el salto se denomina salto ondulatorio. Para 1.7 < F1 < 2,5 Se denomina salto débil, este se caracteriza por la formación de pequeños rollos a lo largo del salto. Para 2,5 < F1 < 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 un periodo. Para 4,5 < F1 < 9 Se produce un salto llamado salto permanente, la extremidad aguas debajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo en el cual ocurre prácticamente en la misma sección vertical. F1 > 9 Se produce el llamado salto fuerte en el cual el chorro de alta velocidad agarra golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo, y puede prevalecer una superficie áspera. 3 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 3. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 3.1. Datos de entrada Para llevar a cabo esta práctica de laboratorio se tomaron las medidas de las alturas de los piezómetros y la altura de la lámina de agua para diferentes aperturas de la compuerta, con la finalidad de generar cuatro resaltos hidráulicos distintos. Obteniendo lo siguientes datos Piezómetro lectura Apertura compuerta(cm) 2 2,5 3 3,5 10 1,8 1,5 1,8 2 2,2 11 1,8 1,8 2 2,2 2,4 12 1,8 1,7 2 2,3 2,5 13 1,8 1,7 2,2 2,5 2,7 14 1,7 2,1 2,3 2,6 7,6 15 1,7 2,1 2,3 7,8 8,9 16 1,7 8,8 2,5 9,1 9,2 17 1,6 10 2,7 9,3 9,2 18 1,5 10,8 2,5 9,4 9,3 19 1,5 11 7,1 9,5 9,4 20 1,3 11 8,6 9,5 9,4 21 1,1 11,1 9,1 9,6 9,5 22 1 11,2 9,4 9,7 9,6 23 0,7 11,2 9,5 9,7 9,8 Y1 1,7 2,2 2,1 2,6 Y2 11,3 10 9,5 8,8 Dx 181,5 180 229 217,6 Hv 24,6 Ho 10,8 Hv-Ho 13,8 Q(L/s ) 8,05 Q(m3/s ) 0,00805 Tabla 2. Datos tomados en el laboratorio. 4 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 3.2. Cálculos En base a las lecturas de los piezómetros se obtuvo la gráfica de la línea piezómetrica del canal a lo largo de todo el canal. Gráfica 1 Resaltos Hidráulicos. A partir de la altura de la lámina de agua en el vertedero se obtiene el caudal, donde se empleó la siguiente fórmula: Q= 0,0172*H2,34 Obteniendo así los siguientes caudales Area m2 velocidad m2/s Apertura 2 2,5 3 3,5 Caudal 0,00805 0,00805 0,00805 0,00805 Antes del s al to 0,00412 0,00533 0,00509 0,00630 Des pues del s al to 0,02739 0,02424 0,02303 0,02133 Antes del s al to 1,9535 1,5095 1,5814 1,2773 Des pues del s al to 0,2939 0,3321 0,3496 0,3774 En base a los anteriores datos se obtuvo el Froude para cada caudal con su respectiva apertura de compuerta, de igual modo se determinó la profundidad de la lámina de agua tanto experimental como teórica. 5 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 Apertura numero de froure teorico 2 2,5 3 3,5 Antes del salto 4,7836 3,2493 3,4842 2,5291 Despues del salto 0,2791 0,3353 0,3621 0,4062 numero de froure Experimental 4,5 3,5 3,5 2,5 Error % 5,9287 7,7143 0,4542 1,1512 Tabla 3 Numero de Froude para cada apertura de la compuerta. Con los datos obtenidos en la práctica se calcularon las pérdidas de energía en el resalto hidráulico, comprobando que el valor calculado anteriormente, satisface la expresión analítica con el valor 𝑦1 observado y el valor 𝑦2 calculado. Esto se logró mediante las siguientes formulas: Δ𝐸 = [𝑦1 + Δ𝐸 = 𝑉12 𝑉22 ] − [𝑦2 + ] 2𝑔 2𝑔 (𝑦2 − 𝑦1 )3 (4𝑦1 𝑦2 ) A continuación mediante el valor 𝑦1 observado y el valor 𝑦2 calculado se estimara la longitud del resalto, empleando la siguiente formula analítica, para compararlo con el valor obtenido experimentalmente en el laboratorio mediante el flexómetro: ∆𝑥 = 5(𝑦2 − 𝑦1 ) apertura 2 2,5 3 3,5 delta E (EC 16) exp 0,1560 0,0685 0,0867 0,0386 delta E (EC 17) 0,1151 0,0539 0,0508 0,0260 Error % 35,5178614 27,07072161 70,80194842 48,30564709 Tabla 4 Longitud del resalto hidráulico Se realizó una tabulación de las profundidades, para dibujar la curva de energía específica y fuerza específica para la apertura teniendo como punto de partida un caudal y poder analizar el comportamiento del resalto. 6 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 ENERGIA ESPECIFICA H ENERGIA 0,025 0,115 0,03 0,092 0,035 0,081 0,04 0,075 0,045 0,073 0,05 0,072 0,055 0,074 0,06 0,076 0,065 0,078 0,07 0,081 0,075 0,085 0,08 0,089 0,085 0,093 0,09 0,097 0,095 0,101 0,1 0,106 0,105 0,110 0,11 0,115 0,115 0,119 0,12 0,124 0,125 0,129 Tabla 5 Tabulación de la energía 7 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 Gráfica 2 Curva Energía Específica FUERZA ESPECIFICA H Fuerza es peci fi ca 0,025 0,001166 0,03 0,001017 0,035 0,000927 0,04 0,000875 0,045 0,000851 0,05 0,000848 0,055 0,000862 0,06 0,000891 0,065 0,000931 0,07 0,000983 0,075 0,001045 0,08 0,001116 0,085 0,001196 0,09 0,001285 0,095 0,001381 0,1 0,001485 0,105 0,001596 0,11 0,001714 0,115 0,001840 0,12 0,001972 0,125 0,002112 Tabla 6 Tabulación Fuerza Especifica Altura lámina de agua 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 Caudal 1 0,04 0,02 0 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 Fuerza Especifica Gráfica 3 Curva Fuerza Especifica 8 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES Los resultados obtenidos muestran una variación importante, debida a que los instrumentos presentan una pérdida y el posible error humano, que afectan sustancialmente el desarrollo de los cálculos. Adicional a lo anterior el número Froure experimental, se asumió, a partir de la forma que tomo el flujo durante la práctica y la toma de datos. Durante la práctica se observó el cambio de posición del resalto dentro del canal y en el momento que se igualan los momentos entre flujo y el torrente, el resalto se queda fijo. Se aprecia del régimen del flujo y la dispersión de la energía, gracias al resalto hidráulico presentado. Como se puede ver en la gráfica 3. La grafica N°1 muestra el punto exacto del resalto, a partir del cambio de apertura en el canal. Esto nos da el resultado del tipo de resalto presentado durante la práctica. Como se parecía en la siguiente tabla. Apertura 2 2,5 3 3,5 Froude 4,5 3,5 3,5 2,5 Tipo de salto Es table Os cilante Os cilante Os cilante Tabla 7. Clasificación del resalto La práctica se desarrolló de la mejor manera y se obtuvo dato, que están dentro del parámetro esperado para este laboratorio. 5. RECOMENDACIONES. Para interpretar correctamente los resultados referentes a la caracterización del flujo, se recomienda realizar un estudio previo de los conceptos de tipos, estado y regímenes de flujo y características del resalto hidráulico con el fin de realizar un buen análisis de los resultados. Se recomienda que para el desarrollo de esta práctica se evite cometer la mayor cantidad posible de errores humanos tanto en la calibración como en el manejo de los equipos y con respecto a la toma de las mediciones, con el fin de obtener resultados más precisos en la caracterización del flujo. 9 Laboratorio de Hidráulica II Resalto Hidráulico 2019 6. BIBLIOGRAFÍA. CHOW, Ven Te. Hidráulica de canales abiertos. Santafé de Bogotá: McGraw Hill, 1995. UMNG. Resalto hidráulico. Guía de laboratorio de hidráulica. Bogotá D.C. 2010. Manual de prácticas de laboratorio. Resalto hidráulico Unal. http://bdigital.unal.edu.co/12697/50/3353962.2005.Parte%2010.pdf 10
