el resalto hidráulico

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En nuestra etapa como estudiantes de ingeniería nos encontraremos con muchos retos quetendremos que resolver para poder desarrollar nuestra carrera profesional, por eso debemosaprender a interpretar la teoría y poder plasmarla a la experiencia. En este trabajotransmitiremos los conceptos sobre el estudio del resalto hidráulico, su comportamiento, losdiferentes tipos que se presentan y cómo podemos determinarlos a partir de medidasexperimentales.

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  • UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE

    SAN MARCOS

    Facultad: Ciencias Fsicas.

    Escuela: Ingeniera Mecnica de Fluidos.

    Curso: Laboratorio de Hidrulica

    Tema: Resalto Hidrulico

    Profesor: Manuel Vicente Herquinio Arias

    Alumno: Mejia Briceo Raul. (10130194)

    2013

  • INTRODUCCION

    En nuestra etapa como estudiantes de ingeniera nos encontraremos con muchos retos que

    tendremos que resolver para poder desarrollar nuestra carrera profesional, por eso debemos

    aprender a interpretar la teora y poder plasmarla a la experiencia. En este trabajo

    transmitiremos los conceptos sobre el estudio del resalto hidrulico, su comportamiento, los

    diferentes tipos que se presentan y cmo podemos determinarlos a partir de medidas

    experimentales.

  • I. OBJETIVOS

    Estudiar a travs del experimento, el comportamiento de un resalto hidrulico en un canal

    rectangular de pendiente muy baja o nula.

    Observar los diferentes tipos de resalto que se forman en la prctica en un canal

    horizontal.

    Verificar la validez de las ecuaciones que describen el comportamiento del flujo aplicando

    los principios de energa y momentum.

    II. PRINCIPOS TEORICOS

    Resalto hidrulico

    El italiano Bidone realizo las primeras investigaciones experimentales del resalto

    hidrulico. Esto llevo a Belanger en 1828 diferenciar entre las pendientes suaves

    (subcrticas) y las empinadas (supercrticas), debido a que observo que en canales

    empinados a menudo se producan resaltos hidrulicos generados por barreras en el flujo

    uniforme original.

    En principio, la teora del resalto desarrollado corresponde a canales horizontales o

    ligeramente inclinados en lo que el peso del agua dentro del resalto tiene muy poco efecto

    sobre su comportamiento.

  • Aplicaciones del resalto hidrulico

    Las aplicaciones prcticas del resalto hidrulico son muchas:

    Disipar la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras

    hidrulicas y prevenir de esta manera la socavacin aguas abajo de las estructura.

    Recuperar altura o aumentar el nivel de agua en el lado de aguas abajo en

    cualquier estructura hidrulica.

    Incrementar el peso sobre la zona de aguas abajo de una estructura de

    mampostera.

    Mezclar qumicos utilizados para la purificacin de agua o casos similares.

    Airear el agua en sistemas de suministros urbanos.

    Remover bolsas de aire en las lneas de suministro de agua y prevenir el

    taponamiento por aire.

    Resalto en canales rectangulares

    Para flujo supercrtico en un canal rectangular horizontal, la energa de flujo se disipa a

    travs de la resistencia friccional a lo largo del canal, dando como resultado un descenso

    de la velocidad y un incremento de la profundidad en la direccin del flujo. Un resalto

    hidrulico se formara en el canal si el nmero de Froude 1del flujo, la profundidad del

    flujo 1 y la profundidad 2 aguas abajo satisfacen la ecuacin.

    21

    =

    (1 + 8 12 1)

    2

    Tipos de resalto hidrulico

  • Los resaltos hidrulicos en fondo horizontales se clasifican en varias clases. De acuerdo

    con los estudios de la USBR estos pueden clasificarse segn el nmero de Froude 1 de flujo

    entrante.

    Para = , el flujo es crtico y por consiguiente no forma resalto hidrulico.

    Para = . , la superficie del agua presenta ondulaciones y se presenta resalto

    ondulatorio.

    Para = . . , se desarrolla una serie de remolinos en la superficie del resalto,

    pero la superficie aguas abajo permanece uniforme. La velocidad se presenta casi

    uniforme durante toda la seccin de desarrollo y la perdida de energa es poca. Se

    presenta resalto dbil.

    Para = . . , existe un chorro oscilante que entra desde el fondo del resalto

    hasta la superficie y se devuelve sin ninguna periodicidad. Cada oscilacin produce una

    onda grande con periodo irregular, muy comn en canales, que puede viajar a grandes

    metros del canal produciendo daos a la estructura hidrulica. Se produce entonces el

    resalto oscilante.

    Para = . . , la extremidad de aguas abajo del remolino superficial y el punto

    sobre el cual el chorro de alta velocidad tiende a dejar el flujo ocurre prcticamente en la

  • misma seccin vertical. La accin y la posicin de este resalto son menos sensibles a la

    variacin en la profundidad de aguas abajo. El resalto se encuentra bien balanceado y su

    comportamiento es el mejor. La disipacin de energa vara de 45% a 70%. Se presenta el

    resalto estable.

    Para = . , el chorro de alta velocidad choca con paquetes de agua

    intermitentes que corren hacia abajo a lo largo de la cara frontal del resalto, generando

    ondas hacia aguas abajo, y pueden prevalecer una superficie rugosa. La accin del

    resalto es brusca pero efectiva debido a que la disipacin de energa puede alcanzar un

    85%. Se produce entonces resalto fuerte.

    Caractersticas del resalto hidrulico

    Vamos a presentar las caractersticas bsicas de los resaltos hidrulicos dentro de

    canales rectangulares.

    Perdida de energa: en el resalto la prdida de energa es igual a la diferencia de las

    energas especificas antes y despus del resalto. La prdida de energa es.

    = 1 2

    =(2 1)

    2

    412

    La relacin 1 se conoce como perdida relativa.

    Eficiencia: la relacin entra la energa especfica antes y despus del resalto se define

    como la eficiencia del resalto. Se demuestra de esta manera.

    21

    =(81

    2 + 1)3

    2 412 + 1

    812(2 + 1

    2)

    Esta ecuacin indica que la eficiencia de un resalto es una funcin adimensional, que

    depende solo del nmero de Froude del flujo de aproximacin. La prdida relativa es

    igual a 1 2 1 ; esta tambin es una funcin adimensional de 1.

    Altura de resalto: la diferencia entre las profundidades antes y despus del resalto es la

    altura del resalto.

    = 2 1

    Al expresar cada trmino como la relacin con respecto a la energa especifica inicial.

    1

    =21

    11

  • Donde 1 , es la altura relativa, 1 1 es la profundidad inicial relativa, y 2 1 es la

    profundidad secuente relativa. Puede demostrarse que todas estas relaciones son

    funciones adimensionales de 1.

    1

    =1 + 81

    2 3

    12 + 2

    Longitud del resalto hidrulico

    Como la distancia medida desde la cara frontal del resalto hasta un punto en la

    superficie inmediatamente aguas abajo del remolino. En teora, esta longitud no es fcil

    de medir por lo cual ha sido de estudios experimentales de varios ingenieros.

    Los estudios realizados arrojaron las siguientes ecuaciones para determinar la longitud

    del resalto hidrulico.

    Para canales rectangulares.

    Pavlosky:

    = 2.5 (1.92 1)

    Silvestre:

    = 9.751 (1 1)1.01

    Safranez (Alemania):

    = 5.9 1 1

    Woycicki (Polonia):

    = (2 1) (8 0.0521

    )

    Chertusov (Rusia):

    = 10.3 1 (1 1)0.81

  • El perfil superficial

    El conocimiento del perfil superficial de un resalto es necesario en le diseo de borde

    libre para los muros laterales del cuenco disipador donde ocurre resalto. Tambin es

    importante para determinar la presin que debe utilizarse para el diseo estructural,

    debido a que experimentos han demostrado que la presin vertical en el piso horizontal

    bajo un resalto hidrulico es prcticamente la misma que indicara el perfil de la

    superficie del agua.

    III. HERRAMIENTAS

    Regla: para medir los desniveles como la altura vertical.

    Huincha: para medir la parte horizontal de canal para los clculos de la pendiente.

  • Manguera: para transportar el agua del reservorio hacia el equipo donde vamos a

    trabajar.

    Simulador de compuerta: es una

    herramienta bsica para generar el resalto

    hidrulico dentro del canal.

    Plumn: para marcar la longitud donde se desarroll el resalto hidrulico y luego

    medirlo con la regla.

  • IV. EQUIPOS

    Canal hidrulico: es muy importante porque podemos desarrollar la experiencia.

    Limnimetro: para calcular el

    tirante que pasa por una seccin

    del canal.

    V. MATERIALES

  • Agua: sustancia indispensable para poder desarrollar el experimento.

    VI. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

    1. Tomamos apuntes sobre todas las indicaciones que hace el profesor en la pizarra.

    2. Llenamos el tanque del equipo con agua para que pueda ser impulsada por la bomba

    hidrulica y llegue al canal del equipo.

    3. Quitamos los sellos de seguridad de la bomba girando varias veces hasta escuchar el

    sonido caracterstico que produce.

    4. Prendemos la bomba con el botn verde, luego con la vlvula esfrica modificamos

    una sola vez el caudal para mantenerlo constante.

    5. Fijamos la pendiente.

    6. Luego medimos el ancho del canal del equipo

    en donde se hace la medicin del tirante.

    7. Limpiamos las paredes del canal para obtener

    un flujo uniforme.

    8. Dentro del canal hidrulico tiene una ranura

    en donde colocaremos un tipo de plstico que

  • simula una presa hidrulica para que se pueda desarrollar el resalto hidrulico,

    debemos tener mucho cuidado para dar el rea de la seccin donde va a pasar el

    agua para evitar que el resalto se ahogue.

    9. Al final del canal hay un regulador de la cantidad de agua que puede salir p