1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERA CIVIL INFORME DE LABORATORIO N 06 DOCENTE: ING. SANDRO GUTIERREZ SAMANEZ PRESENTADO POR: ACUA OBREGON, Julie Teresa 124172 HUALLA CHAMPI, Alexander 124179 MORALES HUAMAN, Ronald 124186 QUISPE BEJAR, Tala Glenda 121382 SOTO LLALLA, Breyner 124192 MECNICA DE FLUIDOS II SEMESTRE 2014 - II CUSCO-PERU
2. 2. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 1 PRESENTACIN El presente trabajo est presentado para la formacin de los estudiantes de ingeniera civil, adems para las personas interesadas en conocer ste fenmeno adems de sus diferentes aplicaciones de la MECNICA DE FLUIDOS. Este tema es de mucha importancia porque gracias al entendimiento de este fenmeno podemos disear y construir obras en los que se requiera del conocimiento de ste tema. En este informe le presentamos la manera ms sencilla de entender e interpretar los datos obtenidos en el laboratorio de RESALTO HIDRAULICO, adems de como calcular y dar solucin a los diferentes problemas que se plantearon. Deseamos que encuentre agradable el presente informe y sepa pasar por alto los errores cometidos puesto que recin nos estamos encaminando en el campo de la ingeniera. Sus Alumnos.
3. 3. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 2 INFORME DE LABORATORIO N06 RESALTO HIDRAULICO I. OBJETIVOS. Observar el comportamiento de un resalto hidrulico y familiarizarse con los parmetros que intervienen en su comportamiento. Aplicar e interpretar la aplicacin del resalto hidrulico con base en los datos obtenidos en un canal de laboratorio, de acuerdo con el clculo de la fuerza especfica, el nmero de Froude, la longitud del resalto, entre otros. Establecer el tipo de resalto presentado en la prctica y la eficiencia del mismo. Calcular las prdidas de energa ocasionadas en un resalto hidrulico. II. FUNDAMENTO TERICO. Resalto hidrulico. El resalto hidrulico 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 fenmeno presenta un estado de fuerzas en equilibrio, en el que tiene lugar un cambio violento del rgimen de flujo, de supercrtico a sub-crtico. El resalto hidrulico es muy efectivo en disipar energa mecnica ya que es extremadamente turbulento, lo que es un rasgo caracterstico a tener en cuenta en aplicaciones a presas de tranquilizacin y vertederos.
4. 4. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 3 Tipos de resalto hidrulico. Los resaltos hidrulicos se pueden clasificar, de acuerdo con el U.S. (Bureau of Reclamation), de la siguiente forma, en funcin del nmero de Froude del flujo aguas arriba del salto (los lmites indicados no marcan cortes ntidos, sino que dependiendo de las condiciones locales: Para = . El flujo es crtico, y de aqu no se forma ningn salto. Para . < < . : La superficie del agua muestra ondulaciones, y el salto es llamado salto ondular. Para . < < . : Tenemos un salto dbil. Este se caracteriza por la formacin de pequeos rollos a lo largo del salto, la superficie aguas abajo del salto es lisa. La prdida de energa es baja. Para . < < . : 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 oscilacin produce una gran onda de perodo irregular, la cual comnmente puede viajar por varios kilmetros causando daos aguas abajo en bancos de tierra y mrgenes. Para . < < : 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 prcticamente en la misma seccin vertical. La accin y posicin de este salto son menos sensibles a la variacin en la profundidad aguas abajo. El salto est bien balanceado y el rendimiento en la disipacin de energa es el mejor, variando entre el 45 y el 70%. Para : 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 spera. La efectividad del salto puede llegar al 85%. APLICACIONES DE USO EN OBRAS HIDRAULICAS DEL RESALTO HIDRULICO: Disipar la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras y prevenir la erosin aguas abajo. Aumentar el nivel de agua aguas abajo de una canaleta de medicin y mantener un nivel alto del agua en el canal de irrigacin o de cualquier estructura para distribucin de agua. Incrementar el peso sobre la zona de aguas abajo de una estructura de mampostera y reducir la presin 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 reducir si la profundidad de aguas abajo ahoga el resalto.
5. 5. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 4 Para indicar condiciones especiales de flujo, como la existencia de flujo supercrtico o la presencia de una seccin de control, de tal manera que puede localizarse una estacin de aforo. 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. Prevencin o confinamiento de la socavacin aguas debajo de las estructuras hidrulicas donde es necesario disipar energa. Mezclado eficiente de fluidos o de sustancias qumicas usadas en la purificacin de aguas, debido a la naturaleza fuertemente turbulenta del fenmeno. 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 recuperacin de carga aguas debajo de un aforador y mantenimiento de un nivel alto del agua en el canal de riego o de distribucin del agua. AFOROS. A) CORRENTMETRO. La velocidad del agua se determina por medio del correntmetro. Existen varios tipos de correntmetros, siendo los ms empleados los de hlice que son de varios tamaos; cuando ms grandes sean los caudales o ms altas sean las velocidades, mayor debe ser el tamao del correntmetro. Cada correntmetro debe tener un certificado de calibracin en el que figura la frmula para calcular la velocidad; que son calibrados en laboratorios de hidrulica: cuya frmula general es la siguiente = + : = ( / ) = . = . = ( / ). B) FLOTADOR Este mtodo se utiliza cuando no se dispone de equipos de medicin; para medir la velocidad del agua, se usa un flotador con l se mide la velocidad superficial del agua; pudiendo utilizarse como flotador, un pequeo pedazo de madera, corcho, una pequea botella lastrada. Para el clculo del caudal se utiliza la siguiente frmula: = = /
6. 6. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 5 : : . ( / ). (). (). . . C) AFORO CON LIMNMETROS Y LIMNGRAFOS El mtodo que se usa corrientemente para aforar un ro, es usando LIMNMETRO O LIMNGRAFO, puesto que usar frecuentemente el correntmetro en impracticable por lo difcil y tedioso de realizar las mediciones con este instrumento. Un limnmetro es simplemente una escala tal como una mira de topgrafo, graduada en centmetro. Se puede utilizar la mira del tipgrafo, pero, por lo general, se pinta una escala en una de las paredes del ro 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 mtrica). Cronometro. Esfera de teknopor. IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. Se libera el lquido a travs del canal hidrulico hasta alcanzar un volumen de agua adecuado para realizar la prctica. 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 sta 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 anlisis. Se procede a tomar medidas en el rea del anlisis, 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 volmenes de agua. V. ANLISIS DE RESULTADOS.
7. 7. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 6 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 CLCULOS: experimentos Parmetro 1 2 3 4 5 caudal terico (m3/s) 0.01361 0.00903 0.01306 0.01333 0.01333 rea mojada en 1 (m2) 0.08820 0.08835 0.09915 0.10095 0.08925 rea 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 clasificacin del salto Ondular Ondular Oscilatorio Estacionario Dbil VI. CONCLUSIONES. Los resultados obtenidos como era de esperarse no son exacto debido a que se desprecian prdidas o pequeos detalles que afectan a estos ya sea la composicin del canal donde se trabaj, la eficiencia en la toma de las muestras y otros factores que influyen.
8. 8. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 7 Podemos ver que el resalto hidrulico disipa energa por lo que se puede utilizar para obras hidrulicas que requieren este tipo de solicitaciones, adems de poder incrementar el nivel de aguas abajo del resalto hidrulico. Podemos concluir que para nmeros de Froude mayores que 9, el caudal pude generar deterioro del canal adems de la socavacin y como consecuencia grandes prdidas, es por esta razn que se debe de considerar con mucha importancia este valor al momento de disear 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. BIBLIOGRAFA. Hidro - Mecnica de Fluidos Aplicada - Robert L Mott (4Ed - 1996) (Practice Hall -Pearson). Mecnica de los Fluidos - Streeter - 9 Edicin-E.
9. 9. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS II Pgina 8