lab 5.-resalto hidraulico en canal de pendiente variado

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE CIENCIAS FISICASE.A.P. ING. MECANICA DE FLUIDOS

LABORATORIO DE HIDRAULICA

TRABAJO PROFESOR ALUMNO COGIGO

: : : :

RESALTO HIDRAULICO ING. HERQUINIO PORTOCARRERO PARAV CARLOS 07130122

2010

RESALTO HIDRAULICO EN CANAL DE PENDIENTE VARIADO

INTRODUCCION:

En el control de flujos hidrulicos es frecuente el diseo de estructuras disipadoras de energa. Los cuencos disipadores de energa tienen aplicaciones prcticas e importantes en el diseo de obras hidrulicas entre otras, un cuenco disipa la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras hidrulicas para que de esta manera se prevenga la socavacin aguas debajo de las estructuras; los cuencos disipadores ayudan a recuperar altura o aumentar el nivel del agua en el lado de aguas debajo de una canaleta de medicin y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigacin o de cualquier estructura para distribucin de aguas, as mismo permiten incrementar el peso sobre la zona de aguas debajo de una estructura de mampostera y reducir la presin hacia arriba bajo dicha estructura aumentando la profundidad del agua en su zona de aguas abajo, y permiten aumentar el caudal por debajo de una compuerta deslizante manteniendo alejada la profundidad de aguas abajo, debido a que la altura efectiva se reducir si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto.

En el presente informe se trata sobre el resalto hidrulico que se origina cuando el flujo choca con un vertedero, de esta forma calularemos los siguientes incognitas: Tirante antes del resalto hidrulico. Tirante despus del resalto hidrulico. Caudal. Energa especifica antes y despus del resalto. Numero de Froude. Velocidad antes del resalto. Longitud teorica y experimental del resalto hidrulico. Eficiencia teorica y experimental del resalto hidrulico.

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.

FUNDAMENTO TEORICO

Una aplicacin directa de los principios de energa y cantidad de movimiento particularmente de los conceptos de energa especifica, fuerza especifica y flujo gradualmente variado, es el fenmeno que se desarrolla en un flujo a superficie libre y que se denomina resalto hidrulico, que es una sobre elevacin de la superficie liquida, el cual se presenta al pasar de una profundidad menor a mayor, a la cual se le llama profundidad crtica o energa mnima. El resalto hidrulico ocurre cuando se pasa de un flujo rpido a uno tranquilo es decir pasa de un tirante menor al crtico mayor. Este fenmeno se presenta muy frecuentemente en la base de embalses, aguas debajo de compuertas y en los alrededores de obstculos sumergidos, el anlisis ms sencillo se realiza cuando este fenmeno se desarrolla en un canal rectangular y horizontal, en condiciones de flujo permanente.

Fig. N 1 Resalto Hidrulico y diagramas E vs. Y y M vs. Y, en canales de fondo horizontal.

El canal de Pendiente variable es til para poder ver y analizar los diferentes tipos de flujo; esto es posible ya que es hecho en vidrio y esto permite ver las caractersticas del flujo; as como producir un resalto hidrulico, el cual nos permite ver flujo sub.-crtico, crtico y sper-crtico.

APLICACIONES: Las aplicaciones prcticas del salto hidrulico son muchas, entre las cuales se pueden mencionar:

Para la disipacin de la energa del agua escurriendo por los vertederos de las presas y otras obras hidrulicas, y evitar as la socavacin aguas abajo de la obra. Para recuperar altura o levantar el nivel del agua sobre el lado aguas abajo de un canal de medida y as mantener alto el nivel del agua en un canal para riego u otros propsitos de distribucin de agua. Para incrementar peso en la cuenca de disipacin y contrarrestar as el empuje hacia arriba sobre la estructura. Para incrementar la descarga de una esclusa manteniendo atrs el nivel aguas abajo, ya que la altura ser reducida si se permite que el nivel aguas abajo ahogue el salto. Para indicar condiciones especiales del flujo, tales como la existencia del flujo supercrtico o la presencia de una seccin de control siempre que se pueda ubicar una estacin de medida. Para mezclas qumicas usadas para purificar el agua. Para aerear el agua para abastecimiento de agua a las ciudades.

RESALTO HIDRULICO:

El resalto hidrulico es un fenmeno local, que se representa en el flujo rpidamente variado, el cual va siempre acompaado por un aumento sbito del tirante y de una prdida de energa bastante considerable (disipada principalmente como calor), en un tramo relativamente corto. Ocurre en el paso brusco del rgimen supercrtico (rpido), a rgimen subcrtico (lento), es decir, en el resalto hidrulico el tirante, en un corto tramo, cambia de un valor inferior al crtico a otro superior a este.

Generalmente, el resalto se forma cuando en una corriente rpida existe algn obstculo o un cambio brusco de pendiente. Esto sucede al pie de las estructuras hidrulicas tales como vertederos de demasas, rpidas, salidas de compuertas con descarga por el fondo, etc. Esto ocurre con frecuencia en un canal por debajo de una compuerta deslizante de regulacin, en la parte de aguas debajo de un vertedero o en sitio donde un canal con alta pendiente se vuelve casi horizontal de manera sbita

CANALES RECTANGULARES HORIZONTALES

Para un flujo supercrtico en un canal horizontal rectangular, la energa del flujo se disipa progresivamente a travs de la resistencia causada por la friccin a lo largo de las paredes y del fondo del canal, resultando una disminucin de velocidad y un aumento de la profundidad en la direccin del flujo. Un salto hidrulico se formar en el canal si el nmero de Froude (F) del flujo, la profundidad (y1) y una profundidad aguas abajo (y2) satisfacen la ecuacin:

CLASIFICACIN DEL FLUJO RESPECTO AL RGIMEN DE VELOCIDAD FLUJO SUPERCRTICO: En este estado el papel jugado por las fuerzas inerciales es ms pronunciado presenta una velocidad de flujo muy alta, una profundidad de flujo baja y se genera en condiciones de pendiente alta. FLUJO CRTICO: Rgimen de flujo intermedio, se caracteriza por generar alta inestabilidad en el flujo, no es recomendable para el diseo. FLUJO SUBCRTICO: En este estado el papel jugado por las fuerzas gravitacionales es ms pronunciado por lo tanto se presenta una velocidad de flujo baja, tiene una profundidad de flujo alta y se genera en condiciones de baja pendiente.

NMERO DE FROUD:

LONGITUD DEL RESALTO HIDRULICO:

Un parmetro importante en el diseo de obras hidrulicas es la longitud del resalto, que definir la necesidad de incorporar obras complementarias para reducir esta longitud y/o aplicar medidas de proteccin de la superficie para incrementar su resistencia a las tensiones de corte. La longitud del resalto puede definirse como la distancia medida desde la cara frontal del resalto y1 hasta un punto en la superficie inmediatamente aguas abajo del remolino y2. Los datos experimentales sobre la longitud del resalto pueden graficarse mediante el nmero de Froude F1 contra la relacin adimensional L/ (y2-y1), L/y1 o L/y2. La curva resultante de la grfica F1 versus L/y2 muestra la regularidad de una parte plana para el rango de los resaltos bien establecidos.

Formula de la longitud del resalto hidrulico:

CONSIDERACIONES DE DISEO: PRDIDA DE ENERGA. En el resalto hidrulico la prdida de energa es igual a la diferencia de las energas especficas antes y despus del resalto

EFICIENCIA. Es la relacin entre la energa especfica antes y despus del resalto, es una funcin adimensional y depende slo del nmero de Fraude del flujo de aproximacin.

TIPOS DE RESALTO HIDRAULICO:

RESALTO HIDRAULICO ONDULAR: La superficie de agua presenta la tendencia a la formacin de ondulaciones. La disipacin de energa es baja, menor del 5%.

RESALTO HIDRAULICO DEBIL: El ondulamiento de la superficie en el tramo de mezcla es mayor y aguas abajo las perturbaciones superficiales son menores. Se generan muchos rodillos de agua en la superficie del resalto, seguidos de una superficie suave y estable. La energa disipada est entre el 5% - 15%

RESALTO HIDRAULICO OSCILANTE: Presenta el chorro interminente sin ninguna periodicidad, que parte desde el fondo y se manifiesta hasta la superficie, y retrocede nuevamente. Cada oscilacin produce una gran onda que puede viajar largas distancias. La disipacin de energa es de 15% - 45%.

RESALTO HIDRAULICO ESTABLE: Se trata de un resalto plenamente formado, con mayor estabilidad y el rendimiento es mejor, pudiendo variar la energa disipa entre 45% - 70%.

RESALTO HIDRAULICO FUERTE: Resalto con gran disipacin de energa (hasta 80%), gran ondulacin de la supeficie con tendencia de traslado de la zona de rgimen supercritico hacia aguas abajo. Caracterizando por altas velocidades y turbulencia, con generaciones de ondas y formacin de una superficie tosca aguas abajo.

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS:

Canal rectangular de pendiente variable

linmimetro

PARA LA REALIZACION DEL LABORATORIO:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Determinar las caractersticas geomtricas del canal. Colocar la pendiente del canal en cero(0%). Abrir la vlvula para permitir el flujo en el canal. Instalar la adecuadamente el obstculo en el canal rectangular. Manipular la compuerta al final del canal para formar el resalto hidrulico aguas arriba. Medir la altura de carga de agua sobre el vertedero triangular, localizado aguas abajo del canal rectangular. Registrar los datos correspondientes a Y