informe de lab fluiods resalto hidraulico

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UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA CATEDRATICO: Ing. MANUEL VICENTE, HERQUINIO ARIAS INTEGRANTES: ALIAGA ARQUI, Mirko ARCO ARIMBORGO, Hernán PERCA HANCCO, Patricia SURICHAUI GUTIERREZ, Mercedes LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA “RESALTO HIDRÁULICO”

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Page 1: Informe de Lab Fluiods Resalto Hidraulico

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA

CATEDRATICO:Ing. MANUEL VICENTE, HERQUINIO ARIAS

INTEGRANTES:ALIAGA ARQUI, MirkoARCO ARIMBORGO, HernánPERCA HANCCO, Patricia

SURICHAUI GUTIERREZ, Mercedes VERASTEGUI IBARRA, Franklin

TURNO: SABADOS 9:15 – 11:30am

HUANCAYO – PERÚ2012

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS E HIDRÁULICA

“RESALTO HIDRÁULICO”

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INTRODUCCIÓN

El presente trabajo consiste en visualizar los tipos de resalte hidráulico y la aplicación de lo aprendido en clase.

El objetivo de este trabajo es mostrar a través de pruebas experimentales como se puede medir el resalto hidráulico, el teórico y el práctico.

Pero el paso inverso de régimen rápido al lento se produce de forma brusca, con una fuerte disipación de energía, que se manifiesta por un conjunto de remolinos, previos a la elevación del calado correspondiente al régimen lento. Este efecto se conoce como resalto hidráulico.

Para la obtención de los calados conjugados y1 (rápido) e y2 (lento) en este proceso, se aplica la ecuación de la conservación de la cantidad de movimiento

“RESALTO HIDRAULICO”

OBJETIVOS:

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Estudiar el comportamiento de un resalte hidráulico. Observar los diferentes tipos de resalte. Calcular el caudal del flujo. Verificar la validez de las ecuaciones que describen el

comportamiento del flujo aplicando los principios de energía.

PRINCIPIOS TEORICOS

Generación del 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 subcrítico.

Figura XI.1 Volumen de control en el resalto hidráulico, fuerzas hidrostáticas (Fh) y fuerzas dinámicas (Fd).

En la sección 1, actúan las fuerzas hidrostática F1h y dinámica F1d; en forma similar pero en sentido contrario en la sección 2, F2h y F2d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas da como resultado F1 y F2 respectivamente. En el estado de equilibrio, ambas fuerzas tienen la misma magnitud pero dirección contraria (la fuerza F1h es menor a F2h, inversamente F1d es mayor a F2d). Debido a la posición de las fuerzas resultantes, ambas están espaciadas una distancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentido contrario. En razón a la condición de líquido, las partículas que lo componen adquirirán la tendencia de fluir en la dirección de las fuerzas predominantes, presentándose la mezcla del agua con líneas de flujo superficiales moviéndose en sentido contrario a la dirección de flujo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre las masas de líquido y el inevitable choque entre partículas, provocan la generación de un medio líquido de gran turbulencia que da lugar a la absorción de aire de la atmósfera, dando como resultado un medio mezcla agua-aire. Analizando el volumen de control contenido entre las secciones 1-2 se tiene que la fuerza de momentum por unidad de longitud, para un canal rectangular está dada por:

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Las profundidades Y1 y Y2, se llaman profundidades conjugadas o secuentes, y tienen la particularidad que la función Momentum (M) es la misma para ambas profundidades, mientras que existe una variación de la energía específica, debida a la pérdida de energía producida por el resalto, como se observa en la Figura XI.2

Figura XI.2. Resalto Hidráulico y diagramas E vs Y y M vs Y, en canales de fondo horizontal. En la Figura XI.2 se tiene que para un canal rectangular:

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Las características del resalto hidráulico han sido aprovechadas para reducir las velocidades de flujo en canales a valores que permitan el escurrimiento sin ocasionar esfuerzos cortantes superiores a los límites admisibles para los materiales que componen el perímetro mojado.

Tipos de resalto hidráulico El Bureau of Reclamation de los Estados Unidos investigó diferentes tipos de resalto hidráulico en canales horizontales, cuya base de clasificación es el número de Froude en la sección de aguas arriba, Figura XI.3. En la práctica se recomienda mantener el resalto hidráulico en la condición de resalto permanente o estable, por cuanto se trata de un resalto bien formado y accesible en las condiciones de flujo reales, si bien la disipación que se logra no alcanza los mejores niveles. En los casos de resaltos permanente y fuerte, las condiciones hidráulicas aguas abajo son muy exigentes y difíciles de cumplir en la práctica de la ingeniería.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Para el diseño de resaltos hidráulicos se consideran los siguientes aspectos.

Pérdida de energía Se define como la diferencia de energías específicas antes y después del resalto. Utilizando la expresión (XI.7) para despejar la cabeza de velocidad se tiene:

Longitud del resalto hidráulico 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/o aplicar medidas de protección de la superficie para incrementar su resistencia a los esfuerzos cortantes.

Los resultados de pruebas experimentales, realizadas en 6 canales de laboratorio, por el Bureau of Reclamation, en donde se relaciona L/Y2 vs FR1, se presentan en la Figura XI.4 Silverster (1964) propone una ecuación empírica para el cálculo de la longitud del resalto en canales rectangulares y lechos horizontales relacionada a continuación:

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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A. trabajo preliminar

1. determinar las características geométricas del canal.2. colocar la pendiente del canal en cero.3. Abrir la válvula para permitir el flujo en el canal.4. instalar correctamente el obstáculo en el canal.5. Manipular la compuerta al final del canal, para formar el resalto hidráulico

aguas arriba.6. medir la altura de carga de agua sobre el vertedero triangular, localizado

aguas abajo del canal rectangular.7. registrar los datos correspondientes a, Y1, Y2 y L

B. Mediciones

1. determinar el caudal a partir de la altura de carga de agua medida en el vertedero. Q= 13.842H2.51.

2. calcular la velocidad media del flujo para cada caudal antes y después del resalto.

3. calcular el tirante conjugado aguas abajo (Y2) en función del Y1 medido y comprara con la medida realizada en el laboratorio.

4. calcular la perdida de la energía teórica y experimental.5. calcular la eficiencia teórica y experimental.6. calcular la longitud del resalto y comparar con la longitud medida en el

experimento.7. determinar el número de Froude y a partir de este clasificar el tipo de

resalto que se presento y comparar con la clasificación cualitativa realizada durante la experiencia.

8. para diferentes valores de Y, dibujar las curvas de E vs Y y M vs Y para el ultimo caudal aforado y ubicar los valores correspondientes al resalto hidráulico.

C. ejecución del trabajo experimental

CONECTAMOS EL TUBO EN EL BANCO BÁSICO, PARA DEJAR FLUIR EL LÍQUIDO.

COLOCAMOS EL OBSTACULO. VISUALIZAMOS LOS TIPOS DE RESALTES HIDRAULICOS Y LOS CLASIFICAMOS.

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TOMAMOS LOS DATOS DE TIEMPO Y VOLUMEN, ESTO SE REALIZO CON AYUDA DE UN BALDE Y CRONOMETROS. (SE TOMO TRES CAUDALES POR EXPETIMENTO) ESTE VOLUMEN FUE MEDIDO EN UNA PROBETA DE 1000

MILILITROS.

DESPUES DE HABER CALCULADO LOS DATOS PARA LA VELOCIDAD. SE PROCEDE A CAMBIAR EL CAUDAL DEL SIMULADOR DE CANAL. ESTO ES

PARA OBTENER LOS DIVERSOS PUNTOS DE TIRANTES Y1 Y Y2.

COLOCAMOS EL LIMNIMETRO EN DONDE SE CONSIDERE EL PUNTO MAS BAJO DEL RESALTO HIDRAULICO, TOMAMOS APUNTE Y LUEGO COLOCAMOS EL LIMNIMETRO EN LA PARTE MAS ALTO DEL RESALTE HIDRAULICO, COMO

SE APRECIA EN LA IMAGEN. PONEMOS CERO, PARA CALCULAR LA DIFERENCIA DE COTAS Y MEDIR LA DISTANCIA ENTRE AMBOS PUNTOS (Y1

y Y2).

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LUEGO UBICAMOS UNA REGLA EN LA PARTE SUPERIOR DEL MODULO DE VISUALIZACION DE CANALES, PARA HALLAR EL ANCHO DEL MODULO, POR

DONDE PASA EL FLUIDO.ASI SEGUIMOS LA PRUEBA, CON DIFERENTES CAUDALES, HALLANDO SUS TIRANTES EN DONDE SE CONSIDERE CONDICIONES NORMALES DE FLUJO.

EQUIPOS Y MATERIALES:

Banco básico.Módulo de visualización de canales.Limnimetro.Probeta.Balde.Cronómetros.Regla.Libreta de apuntes.

DATOS OBTENIDOS:

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

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Se recomienda trabajar en equipo y de manera ordenada para

poder obtener resultados reales y de manera más optima.

La designación de labor a cada uno de los integrantes de grupo nos

ayuda a trabajar de manera eficaz en el experimento.

BIBLIOGRAFÍA

STREETER V. Mecanica de Fluidos; Mc Graw Hill, 9a Ed. 1999.

CHOW V. T. Hidraulica de Canales Abiertos, Mc Graw Hill, 1994.

http://usuraios.arnet.com.ar/marman/Proyecto_Final.htm

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