UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO
ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
INFORME DE LABORATORIO N° 06
DOCENTE:
ING. SANDRO GUTIERREZ SAMANEZ
PRESENTADO POR:
ACUÑA OBREGON, Julie Teresa 124172
HUALLA CHAMPI, Alexander 124179
MORALES HUAMAN, Ronald 124186
QUISPE BEJAR, Talía Glenda 121382
SOTO LLALLA, Breyner 124192
MECÁNICA DE FLUIDOS II
SEMESTRE
2014 - II
CUSCO-PERU
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II
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PRESENTACIÓN
El presente trabajo está presentado para la formación de los estudiantes de ingeniería
civil, además para las personas interesadas en conocer éste fenómeno además de sus
diferentes aplicaciones de la MECÁNICA DE FLUIDOS. Este tema es de mucha
importancia porque gracias al entendimiento de este fenómeno podemos diseñar y
construir obras en los que se requiera del conocimiento de éste tema.
En este informe le presentamos la manera más sencilla de entender e interpretar los
datos obtenidos en el laboratorio de “RESALTO HIDRAULICO”, además de como
calcular y dar solución a los diferentes problemas que se plantearon.
Deseamos que encuentre agradable el presente informe y sepa pasar por alto los
errores cometidos puesto que recién nos estamos encaminando en el campo de la
ingeniería.
Sus Alumnos.
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INFORME DE LABORATORIO N°06
“RESALTO HIDRAULICO”
I. OBJETIVOS.
Observar el comportamiento de un resalto hidráulico y familiarizarse con los parámetros que intervienen en su comportamiento.
Aplicar e interpretar la aplicación del resalto hidráulico con base en los datos obtenidos en un canal de laboratorio, de acuerdo con el cálculo de la fuerza específica, el número de Froude, la longitud del resalto, entre otros.
Establecer el tipo de resalto presentado en la práctica y la eficiencia del mismo.
Calcular las pérdidas de energía ocasionadas en un resalto hidráulico.
II. FUNDAMENTO TEÓRICO.
Resalto hidráulico.
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 que fluye a elevada
velocidad y pasa a una zona de baja velocidad. Este fenómeno presenta un estado de
fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del régimen de flujo, de
supercrítico a sub-crítico.
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 en
aplicaciones a presas de tranquilización y vertederos.
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Tipos de resalto hidráulico.
Los resaltos hidráulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. (Bureau of
Reclamation), de la siguiente forma, en función del número de Froude del flujo aguas
arriba del salto (los límites indicados no marcan cortes nítidos, sino que dependiendo 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 es
llamado salto ondular.
Para 𝟏. 𝟕 < 𝑭𝟏 < 𝟐. 𝟓: Tenemos un salto 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.
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 periodicidad.
Cada oscilación produce una gran onda de período irregular, la cual comúnmente
puede viajar por varios kilómetros causando daños aguas abajo en bancos de tierra
y márgenes.
Para 𝟒. 𝟓 < 𝑭𝟏 < 𝟗 : Se produce un salto llamado salto permanente: la extremidad
aguas abajo del rollo de la superficie y el punto en el cual el chorro de alta velocidad
tiende a dejar el flujo ocurre prácticamente en la misma sección vertical. La acción
y posición de este salto son menos sensibles a la variación en la profundidad aguas
abajo. El salto está bien balanceado y el rendimiento en la disipación de energía
es el mejor, variando entre el 45 y el 70%.
Para 𝑭𝟏 ≥ 𝟗 : Se produce el llamado salto fuerte: el chorro de alta velocidad agarra
golpes intermitentes de agua rodando hacia abajo, generando ondas aguas abajo,
y puede prevalecer una superficie áspera. La efectividad del salto puede llegar al
85%.
APLICACIONES DE USO EN OBRAS HIDRAULICAS DEL RESALTO HIDRÁULICO:
Disipar la energía del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras
y prevenir la erosión aguas abajo.
Aumentar el nivel de agua aguas abajo de una canaleta de medición y mantener
un nivel alto del agua en el canal de irrigación o de cualquier estructura para
distribución de agua.
Incrementar el peso sobre la zona de aguas abajo de una estructura de
mampostería y reducir la presión hacia arriba bajo dicha estructura, aumentando
la profundidad del agua en su zona de agua abajo.
Aumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo
alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducirá
si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto.
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Para indicar condiciones especiales de flujo, como la existencia de flujo
supercrítico o la presencia de una sección de control, de tal manera que puede
localizarse una estación de aforo.
Airear el agua en sistemas de suministros urbanos.
Remover bolsas de aire en las líneas de suministro de agua y prevenir el
taponamiento por aire.
Prevención o confinamiento de la socavación aguas debajo de las estructuras
hidráulicas donde es necesario disipar energía.
Mezclado eficiente de fluidos o de sustancias químicas usadas en la purificación
de aguas, debido a la naturaleza fuertemente turbulenta del fenómeno.
Incremento del caudal descargado por una compuerta deslizante al rechazar el
retroceso del agua contra la compuerta. Esto aumenta la carga efectiva y con
ella el caudal.
La recuperación de carga aguas debajo de un aforador y mantenimiento de un
nivel alto del agua en el canal de riego o de distribución del agua.
AFOROS.
A) CORRENTÓMETRO.
La velocidad del agua se determina por medio del correntómetro.
Existen varios tipos de correntómetros, siendo los más empleados los de hélice que son
de varios tamaños; cuando más grandes sean los caudales o más altas sean las
velocidades, mayor debe ser el tamaño del correntómetro.
Cada correntómetro debe tener un certificado de calibración en el que figura la fórmula
para calcular la velocidad; que son calibrados en laboratorios de hidráulica: cuya fórmula
general es la siguiente
𝒗 = 𝒂 ∗ 𝒏 + 𝒃
𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑚 / 𝑠)
𝑛 = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜.
𝑎 = 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 ℎé𝑙𝑖𝑐𝑒 𝑒𝑛 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠.
𝑏 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑜𝑡𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚 / 𝑠).
B) FLOTADOR
Este método se utiliza cuando no se dispone de equipos de medición; para medir la
velocidad del agua, se usa un flotador con él se mide la velocidad superficial del agua;
pudiendo utilizarse como flotador, un pequeño pedazo de madera, corcho, una pequeña
botella lastrada.
Para el cálculo del caudal se utiliza la siguiente fórmula:
𝑸 = 𝑪 ∗ 𝑨 ∗ 𝒗
𝒗 = 𝒆 / 𝒕
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𝐷ó𝑛𝑑𝑒:
𝐶: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛.
𝑣 ∶ 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚 / 𝑠).
𝑒 ∶ 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑚).
𝑡 ∶ 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 «𝑒» 𝑝𝑜𝑟 𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 (𝑠).
𝐴 ∶ Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙.
𝑄 ∶ 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙.
C) AFORO CON LIMNÍMETROS Y LIMNÍGRAFOS
El método que se usa corrientemente para aforar un río, es usando LIMNÍMETRO O
LIMNÍGRAFO, puesto que usar frecuentemente el correntómetro en impracticable por
lo difícil y tedioso de realizar las mediciones con este instrumento.
Un limnímetro es simplemente una escala tal como una mira de topógrafo, graduada en
centímetro.
Se puede utilizar la mira del tipógrafo, pero, por lo general, se pinta una escala en una
de las paredes del río que debe ser de cemento. Basta con leer en la escala o mira, el
nivel que alcanza el agua para saber el caudal de agua que pasa en este momento,
pero previamente se tiene que calibrar la escala o mira.
III. MATERIALES Y EQUIPOS.
Canal.
Wincha(cinta métrica).
Cronometro.
Esfera de teknopor.
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Se libera el líquido a través del canal hidráulico hasta alcanzar un volumen de
agua adecuado para realizar la práctica.
Se espera unos minutos mientras el volumen de agua se regula a lo largo del
canal.
Se procede a tomar las medidas del canal tales como la base de este, y la
profundidad marcada por el agua cuando ésta se ha regulado para poder tomar
la velocidad del agua.
Ya teniendo la velocidad podremos hallar el caudal, ya que el caudal es
constante en el canal y nos ayudara a hallar las velocidades en los puntos que
se realizara el análisis.
Se procede a tomar medidas en el área del análisis, la compuerta. Se toma la
profundidad y se rectifica el ancho de la base y se registran los datos.
Se realiza este procedimiento para dos diferentes volúmenes de agua.
V. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
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DATOS:
t(s) y1 (cm) y2 (cm) L2 (m) L3 (m) y3 (cm) Q (m3/hr)
1 5.07 29.4 4.25 1.66 0.54 16.6 49
2 6.81 29.45 3.5 1.35 0.475 14.6 32.5
3 9.11 33.05 2.7 1.286 0.464 13.6 47
4 14.14 33.65 1.85 0.811 0.422 12.1 48
5 5.24 29.75 3.3 1.434 0.504 15.2 48
L1 (m) 1.255
b (m) 0.3
CÁLCULOS:
experimentos
Parámetro 1 2 3 4 5
caudal teórico (m3/s) 0.01361 0.00903 0.01306 0.01333 0.01333
área mojada en 1 (m2) 0.08820 0.08835 0.09915 0.10095 0.08925
área mojada en 2 (m2) 0.01275 0.01050 0.00810 0.00555 0.00990
velocidad en 1 (m/s) 0.15432 0.10218 0.13167 0.13208 0.14939
velocidad en 2 (m/s) 1.06754 0.85979 1.61180 2.40240 1.34680
altura de velocidad en 1 (m) 0.00122 0.00053 0.00088 0.00089 0.00114
altura de velocidad en 2 (m) 0.05814 0.03772 0.13255 0.29447 0.09254
numero de froude en 1 0.09092 0.06015 0.07317 0.07273 0.08749
numero de froude en 2 1.65415 1.46806 3.13340 5.64218 2.36828
y2/y1 (experimental) 0.14456 0.11885 0.08169 0.05498 0.11092
y1/y2 (experimental) 6.91765 8.41429 12.24074 18.18919 9.01515
perdidas en el salto (m) -0.31829 -0.42384 -0.78321 -1.29141 -0.47121
altura del salto (m) 0.12350 0.11100 0.10900 0.10250 0.11900
longitud del salto (m) 0.54000 0.47500 0.46400 0.42200 0.50400
clasificación del salto Ondular Ondular Oscilatorio Estacionario Débil
VI. CONCLUSIONES.
Los resultados obtenidos como era de esperarse no son exacto debido a que se
desprecian pérdidas o pequeños detalles que afectan a estos ya sea la
composición del canal donde se trabajó, la eficiencia en la toma de las muestras
y otros factores que influyen.
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Podemos ver que el resalto hidráulico disipa energía por lo que se puede utilizar
para obras hidráulicas que requieren este tipo de solicitaciones, además de
poder incrementar el nivel de aguas abajo del resalto hidráulico.
Podemos concluir que para números de Froude mayores que 9, el caudal pude
generar deterioro del canal además de la socavación y como consecuencia
grandes pérdidas, es por esta razón que se debe de considerar con mucha
importancia este valor al momento de diseñar canales
VII. RECOMENDACIONES.
Se debe tomar en cuenta que el canal este en buenas condiciones de uso y
mantenimiento.
No debe de existir escapes o derrames de agua por los costados de la
compuerta.
VIII. BIBLIOGRAFÍA.
Hidro - Mecánica de Fluidos Aplicada - Robert L Mott (4Ed - 1996) (Practice
Hall -Pearson).
Mecánica de los Fluidos - Streeter - 9 Edición-E.
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VIII. A
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