5/20/2018 Resalto Hidraulico

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Resalto HidrulicoDiego Merlo Arias 1101486; Julio Sebastin Parra Parra 110140; !uis

Al"redo Ro#as $aro % 1101&86

'ni(ersidad Militar )ue(a *ranada

+acultad de ,ngenier-a

,ngenier-a $i(il

./o Se/estre

Hidrulica ,,

1& de Maro de 014

1 Resu/en

A partir de un ensayo de laboratorio se puede realizar un montaje en cualencontramos un canal rectangular para la determinacin de su disipacin deenerga y su longitud. Es de gran importancia resaltar que este ensayo es tomadoen cuenta desde una perspectiva en que el fluido pasa de un rgimen supercrticoa subcritico.

Para ver la variacin del cambio de rgimen de flujo se cuenta con diferentesherramientas como vlvula de entrada! graduador de pendiente! tanque deaquietamiento! tablero piezmetrico entre otros! estos sirven de una manerasatisfactoria para determinar el caudal! la profundidad de cada seccin del canal!presiones en cada punto del fluido y para estabilizarlo.

El montaje se compone de un acrlico transparente el cual permite la observacindel cambio del estado del fluido al variar el caudal y producir as el resaltohidrulico.

El resalto hidrulico es consecuencia del retardo que sufre una corriente de aguaque fluye a elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad.

Para el manejo de este ensayo y la e"actitud de sus resultados se tienen cuatrocaudales diferentes con los cuales se puede observar cmo cambian susdimensiones a lo largo del canal. #e igual manera a pesar que se puede observar

el resalto hidrulico y se puede tomar una medida de su altura! es preciso tomarlos datos que indican los piezmetros para conocer la presin en cada punto y deesta manera conocer la energa con la que viene el fluido. Por el procedimientomostrado en el laboratorio de hidrulica es posible obtener datos para larealizacin del informe! obteniendo de forma grfica y terica el comportamientodel canal y esto permite la comparacin de datos e"perimentales con los tericos.

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Es de gran importancia la realizacin de estos ensayos ya que permiten entendery buscar posibles soluciones para casos de la vida real.

,ntroducci2n

El resalto hidrulico es el ascenso brusco del nivel del agua que se presenta en uncanal abierto a consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluyea elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad.

Es de gran importancia conocer este fenmeno! para deducir eventos futuros enciertos problemas de la vida real! como disipar la energa del agua que fluye sobre

presas! vertederos y otras estructuras hidrulicas! y as prevenir la socavacinaguas abajo de las estructuras! recuperar altura o aumentar el nivel del agua en ellado de aguas debajo de una canaleta de medicin y mantener un nivel alto delagua en el canal de irrigacin o de cualquier estructura para disipar energa!mezclar qumicos utilizados para la purificacin de agua! airear el agua ensistemas de suministros urbanos! y de esta manera conocer el proceso deformacin del resalto en diferentes mbitos! siendo posible que en algunasocasiones se necesite! inducir un resalto! y en muchas otras evitarlo! por esto sepueden dar diferentes alternativas para la solucin dichos problemas enfocados ala rama ingenieril en el ara de $idrulica.

%e debe poner especial atencin en laboratorios como este! pues no solo seobserva a peque&a escala el fenmeno! sino que se tiene un amplio conocimientode que sucede antes! durante y despus del mismo! para saber con mayore"actitud! cules pueden ser las ventajas y las desventajas del 'esalto hidrulico.

Actualmente un (ngeniero )ivil debe tener muchas alternativas para realizarsecomo profesional! y una de ellas est enfocada en la parte hidrulica! la cual es degran importancia en este momento no solo en el pas! sino en muchos otroslugares! puesto que se estn viendo las consecuencias de un mal desarrollo de lamisma muchos a&os atrs! demostrado principalmente con las grandesinundaciones que hoy afectan a tantas personas.

& Procedi/iento3

&313 %e elabora la lnea piezomtrica! con los datos que se obtuvieron en ellaboratorio! plasmados en el formato mediante las lecturas de lospiezmetros en la prctica! para las siguientes aperturas de la compuerta*

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+!, cm! -! cm! -!, cm! /! cm! se toman las distancias entre piezmetros!lo anterior teniendo en cuenta la lectura inicial de cada uno de lospiezmetros as*

0ongitud 1m2 a+3+!, a-3- a/3-!, a43/

0,28 0,006 0,008 0,013 0,0150,59 0,009 0,01 0,015 0,0170,9 0,009 0,012 0,017 0,0117

1,21 0,011 0,014 0,019 0,021,52 0,012 0,014 0,056 0,041,82 0,067 0,014 0,12 0,1212,12 0,077 0,016 0,137 0,143

2,45 0,098 0,068 0,138 0,1482,78 0,107 0,092 0,141 0,1523,12 0,108 0,099 0,143 0,1563,42 0,111 0,101 0,143 0,1583,71 0,113 0,103 0,145 0,164,01 0,114 0,105 0,147 0,1614,31 0,117 0,108 0,15 0,165

&33 %e elabora la lnea de energa! con la ayuda de la ecuacin de 5ernoulli*

3

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Lnea de EnergaLongitud

(m)a1=1

,5 a2=2a3=2

,5 a4=3

0,280,8098

0,7144

0,7012

0,7349

0,590,4862

0,5418

0,5594

0,6007

0,90,5674

0,5418

0,5049

0,5477

1,210,4862

0,1052

0,4586

0,5019

1,520,2199

0,1089

0,3844

0,3696

1,820,0844

0,1291

0,3286

0,118

2,12

0,10

07

0,136

1

0,11

11

0,15

1

2,450,1157

0,1388

0,1421

0,1638

2,780,1175

0,1397

0,1481

0,1647

3,120,1193

0,1424

0,1498

0,1673

3,420,1219

0,1424

0,1516

0,1673

3,710,1228

0,1433

0,1525

0,1682

4,01

0,12

37

0,144

2

0,15

33

0,16

91

4,310,1256

0,1451

0,1542 0,17

4

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&3&3 %e calcula el caudal correspondiente a cada apertura de la compuerta! conla siguiente formula*

#onde*

&343 %e calcula el rea y la velocidad del fluido en cada paso por el canal de lasiguiente manera*

Veloidad (m!")

a1=1,5 a2=2a3=2,

5 a4=3

3,96133,709

63,666

73,750

3

3,0471 3,2153,259

33,375

3

3,3011 3,2153,087

73,214

6

3,0471 1,096 2,933,068

4

1,98060,502

32,666

72,596

40,6002 0,398 2,444 0,767

5

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6/12

6 4 1

0,43530,373

80,659

20,485

7

0,36340,365

30,444

40,438

3

0,35690,362

60,422

10,435

5

0,35060,354

60,416

10,427

3

0,34150,354

60,410

30,427

3

0,3386 0,3520,407

40,424

6

0,33570,349

50,404

60,421

9

0,3301

0,346

9

0,401

8

0,419

3#rea (m$2)

a1=1,5 a2=2a3=2,

5 a4=3

0,0020,002

60,003

2 0,0036

0,0026 0,0030,003

6 0,004

0,0024 0,0030,003

8 0,0042

0,00260,008

8 0,004 0,0044

0,0040,019

20,004

4 0,0052

0,01320,024

20,004

8 0,0176

0,0182 0,0250,017

8 0,0278

0,02180,026

40,026

4 0,0308

0,02220,026

60,027

8 0,031

0,0226

0,027

2

0,028

2 0,03160,0232

0,0272

0,0286 0,0316

0,02340,027

40,028

8 0,0318

0,02360,027

6 0,029 0,0320,024 0,027 0,029 0,0322

6

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8 2

&33 %e verifica la validez de la ecuacin*

a1=1,5 a2=2 a3=2,5 a4=3%1(m) 0,6 0,593 0,594 0,591&1(m!") 2,374 2,514 3,319 2,438

'r 5,358 5,293 6,572 4,495%2 eerimental

(m) 0,121 0,143 0,162 0,162%2 te*rio (m) 0,142 0,161 0,229 0,176

+ Error 14,72 11,12 29,25 8,11

&363 %e calculan los valores de la perdida de energa en el resalto*

a1=1,5 a2=2 a3=2,5 a4=31 (m) 0,02 0,023 0,026 0,032 (m) 0,142 0,161 0,229 0,176E (m) 0,16 0,178 0,351 0,148

&3.3 %e comprueba la validez de la siguiente ecuacin con el resultado obtenido

anteriormente de la perdida de energa 1ver tabla 62*

a1=1,5 a2=2 a3=2,5 a4=3

E (m) 0,16 0,178 0,351 0,148

E (m) Euai*n a&alidar

0,178 0,194 0,411 0,161

+ Error11,753 9,166 17,016 8,564

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&383 %e muestra que la longitud del resalto hidrulico es apro"imadamente*

a1=1,5 a2=2

a3=2,5 a4=3

E (m)

Eerimental 0,63 0,63 0,77 0,73 (m) -e*rio 0,505 0,6 0,68 0,66

+ Error24,75

2 5 13,23510,60

6

&33 %e grafica la curva de energa especfica! de 7 vs E! donde E se calcula*

&3103 %e grafica la curva de fuerza especifica ! de 7 vs 8! donde 8 se calcula*

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&3113 %e comprueba que la fuerza especifica es constante antes y despus delresalto hidrulico! debido a que las fuerzas e"ternas y peso efectivo delagua entre las dos secciones son insignificantes! por lo tanto se puedendespreciar! y finalmente 8+38-.

4 Anlisis de Resultados 0as lneas de energa para cada apertura de la compuerta! arrojan un gran

error! puesto que la energa en cierta longitud en vez de seguir

disminuyendo debido al resalto hidrulico! aumenta y luego si continua

bajando. Este error se pudo identificar en los siguientes zonas*

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Para a5ertura de la co/5uerta 13 c/7Entre longitudes de !,9 a !9 m! que corresponden a los piezmetros ++ y +-respectivamente.Entre las longitudes de +!:- y -!+- m! que corresponden a los piezmetros +, y +6

respectivamente.

Para a5ertura de la co/5uerta c/7Entre longitudes de !,9 a !9 m! que corresponden a los piezmetros ++ y +-respectivamente.Entre las longitudes de +!-+ y +!:- m! que corresponden a los piezmetros +/ y +,respectivamente.

Para a5ertura de la co/5uerta 3 c/7Entre longitudes de -!+- a -!4, m! que corresponden a los piezmetros +6 y +;respectivamente.

Para a5ertura de la co/5uerta & c/7Entre las longitudes de +!:- y -!+- m! que corresponden a los piezmetros +, y +6respectivamente.0as anteriores determinaciones se deben a posibles errores el la mala lecturahecha en el laboratorio! para el tablero piezometrico! puesto que la persona que lohizo! no determino con e"actitud! dichas lecturas.

El n" terico! y prctico para cada caudal! arroj un porcentaje de error

demasiado alto. 0o cual nos lleva a pensar que la longitud >" del resalto

hidrulico! calculada con la e"presin*

?o arroja los valores esperados! o acertados! de acuerdo a lo medido en ellaboratorio! dicho error tambin se puede considerar consecuencia de una malalectura con el metro.

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$onclusiones

%e estudio e"perimentalmente el resalto hidrulico en un canal rectangular!determinando la disipacin de energa en el mismo! su longitud y otros

parmetros.

%e verificaron algunas ecuaciones tericas! y se comprob la ine"actitud de

otras

%e compararon los valores obtenidos con aquellos que pueden ser

calculados con las ecuaciones propuestas por ciertos autores.

El n

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. Re"erencias ibliogr"icas

+999 )ho! B. C $idrulica de )anales Abiertos. Dc ra $ill! +994 %hames!

Decnica de 8luidos= Dc ra $ill! /F Ed. +99:.

Darbello! '. +99;. 8undamentos para las prcticas de laboratorio de hidrulica.Gniversidad ?acional de )olombia! %ede Dedelln. %treeter B.! Decnica de 8luidos=Dc ra $ill! 9F Ed.

http*HH.unesco.org.uyHphiHlibrosHobrashidraulH)ap,.htm

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