resalto hidraulico final[1]

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Resalto Hidrulico

Universidad Militar Nueva Granada Facultad de Ingeniera Programa de Ingeniera Civil Semestre Sexto Laboratorio Hidrulica 2 02 de Marzo de 2012

Resumen A partir de un ensayo de laboratorio se puede realizar un montaje en cual encontramos un canal rectangular para la determinacin de su disipacin de energa y su longitud. Es de gran importancia resaltar que este ensayo es tomado en cuenta desde una perspectiva en que el fluido pasa de un rgimen supercrtico a suscritico. Para ver la variacin del cambio de rgimen de flujo contamos con diferentes herramientas como vlvula de entrada, graduador de pendiente, tanque de aquietamiento, tablero piezmetrico entre otros, estos nos sirven de una manera satisfactoria 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 trasparente el cual permite la observacin del cambio del estado del fluido al variar el caudal y producir as el resalto hidrulico. El resalto hidrulico es consecuencia del retardo que sufre una corriente de agua que fluye a elevada velocidad y pasa a una zona de baja velocidad. Para el manejo de este ensayo y la exactitud de sus resultados tenemos cinco caudales diferentes con los cuales se observa como cambia sus dimensiones a lo largo del canal. De igual manera a pesar que se puede observar el resalto hidrulico y podemos tomar una medida de su altura, es preciso tomar los datos que indican los piezmetros para conocer la presin en cada punto y de esta manera conocer la energa con la que viene el fluido. Por el procedimiento mostrado en el laboratorio de hidrulica es posible obtener datos para la realizacin del informe, obteniendo de forma grfica y terica el comportamiento del canal y permitirnos la comparacin de datos experimentales con los tericos. Es de gran importancia la realizacin de estos ensayos ya que nos permite entender y buscar posibles soluciones para casos de la vida real. Introduccin 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.

Es de gran importancia conocer este fenmeno (Resalto Hidrulico), para deducir eventos futuros en ciertos problemas de la vida real, como disipar la energa del agua que fluye sobre presas, vertederos y otras estructuras hidrulicas, y as prevenir la socavacin aguas abajo de las estructuras, 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 disipar energa, mezclar qumicos utilizados para la purificacin de agua, airear el agua en sistemas de suministros urbanos, y de esta manera conocer el proceso de formacin del resalto en diferentes mbitos, siendo posible que en algunas ocasiones se necesite, inducir un resalto, y en muchas otras evitarlo, por esto se pueden dar diferentes alternativas para la solucin dichos problemas enfocados a la rama ingenieril en el ara de Hidrulica. Hay que poner especial atencin en laboratorios como este, pues no solo se observa a pequea escala el fenmeno, sino que se tiene un amplio conocimiento de que sucede antes, durante y despus del mismo, para saber con mayor exactitud, cules pueden ser las ventajas y las desventajas del Resalto hidrulico. Actualmente un Ingeniero Civil debe tener muchas alternativas para realizarse como profesional, y una de ellas est enfocada en la parte hidrulica, la cual es de gran importancia en este momento no solo en el pas, sino en muchos otros lugares, puesto que se estn viendo las consecuencias de un mal desarrollo de la misma muchos aos atrs, demostrado principalmente con las grandes inundaciones que hoy afectan a tantas personas. Procedimiento para realizar los clculos con datos de laboratorio.3.1.

Se elabora la lnea piezomtrica, con los datos que se obtuvieron en el laboratorio, plasmados en el formato mediante las lecturas de los piezmetros en la prctica, para las siguientes aperturas de la compuerta: 1,5 cm, 2,0 cm, 2,5 cm, 3,0 cm, se toman las distancias entre piezmetros, lo anterior teniendo en cuenta la lectura inicial de cada uno de los piezmetros as (ver tabla 2):

3.2.

Se elabora la lnea de energa, con la ayuda de la ecuacin de Bernoulli (ver tabla 3):

3.3.

Se calcula el caudal correspondiente a cada apertura de la compuerta, con la siguiente formula (ver tabla 1):

Donde;

3.4.

Se calcula el rea y la velocidad del fluido en cada paso por el canal de la siguiente manera (ver tabla 3):

3.5.

Se verifica la validez de la ecuacin (ver tabla 4):

Donde:

Fr= Numero de Froude g= Aceleracin de la gravedad en m/s Y= Altura de la lmina de agua3.6.

Se calculan los valores de la perdida de energa en el resalto con la siguiente formula(ver tabla 5):

3.7.

Se comprueba la validez de la siguiente ecuacin con el resultado obtenido anteriormente de la perdida de energa (ver tabla 6):

3.8.

Se muestra que la longitud aproximadamente (ver tabla 7)

del

resalto

hidrulico

es

3.9.

Se grafica la curva de energa especifica en Excel, de Y vs E, donde E se calcula (ver grafica 3):

3.10. Se grafica la curva de fuerza especifica en Excel, de Y vs F, donde F se

calcula (ver grafica 4):

3.11. Se comprueba que la fuerza especifica es constante antes y despus del resalto hidrulico, debido a que las fuerzas externas y peso efectivo del agua entre las dos secciones son insignificantes, por lo tanto se pueden despreciar, y finalmente F1=F2.

Resultados

1.1 Grficas y TablasTabla 1. Formato ensayo de laboratorio.

Piezomtro No.

Lectura inicial (m H2O)

Apertura de la compuerta (cm) a1=1,5 a2=2 a3=2,5 a4=3

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 y1 (m ) y2 (m ) d x (m ) Hv (cm ) Ho (cm ) H(cm ) Base (m ) Q(m ^ 3/s)Fuente: Elaboracin propia.

0,015 0,015 0,015 0,015 0,014 0,014 0,014 0,013 0,013 0,012 0,012 0,011 0,01 0,009

12,1 10,8 1,3 0,2

0,025 0,028 0,027 0,028 0,034 0,08 0,105 0,122 0,124 0,125 0,128 0,128 0,128 0,129 0,015 0,113 0,9 24,5 10,8 13,7

0,028 0,03 0,03 0,059 0,11 0,135 0,143 0,145 0,146 0,148 0,148 0,148 0,148 0,148 0,018 0,139 1 25,7 10,8 14,9

0,031 0,033 0,034 0,035 0,036 0,038 0,103 0,145 0,152 0,153 0,155 0,155 0,155 0,155 0,022 0,146 0,6 27 10,8 16,2

0,033 0,035 0,036 0,037 0,04 0,102 0,153 0,167 0,168 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,025 0,168 1,3 28 10,8 17,2

0,007923 0,009645 0,011733 0,013501

Tabla 2. Lnea piezometrica.

Longitud (m)

Altura piezomtrica (m) a1=1, 5 a2=2 a3=2, 5 a4=3

0,28 0,59 0,9 1,21 1,52 1,82 2,12 2,45 2,78 3,12 3,42 3,71 4,01 4,31

0,01 0,01 3 0,01 2 0,01 3 0,02 0,06 6 0,09 1 0,10 9 0,11 1 0,11 3 0,11 6 0,11 7 0,11 8 0,12

0,01 3 0,01 5 0,01 5 0,04 4 0,09 6 0,12 1 0,12 9 0,13 2 0,13 3 0,13 6 0,13 6 0,13 7 0,13 8 0,13 9

0,01 6 0,01 8 0,01 9 0,02 0,02 2 0,02 4 0,08 9 0,13 2 0,13 9 0,14 1 0,14 3 0,14 4 0,14 5 0,14 6

0,01 8 0,02 0,02 1 0,02 2 0,02 6 0,08 8 0,13 9 0,15 4 0,15 5 0,15 8 0,15 8 0,15 9 0,16 0,16 1

Fuente: Elaboracin propia.

1.

Tabla 3. Valores para realizar la lnea de energa.

L o n g it ud (m )

C a b e z a d e p r e s io n ( m )

A re a (m ^2 )

V e l oc id a d ( m /s )

C a b e z a d e v e lo c id a d ( m )

L n e a d e e n e r g a

a1 = 1 ,5 a 2 = 2 a 3 = 2 , 5 a 4 = 3 a 1 = 1 , 5a 2 = 2 a 3= 2 ,5a 4 = 3 a 1 = 1 ,5a 2 = 2 a 3 = 2 , 5 a 4 = 3 a 1 = 1 ,5a 2 = 2 a 3= 2 ,5a 4 = 3 a 1 = 1 ,5a 2 = 2 a 3 = 2 ,5a 4 = 3

0,2800 0,0100 0,0130 0,0160 0,0180 0,0020 0,0026 0,0032 0,0036 3,9613 3,7096 3,6667 3,7503 0,7998 0,7014 0,6852 0,7169 0,8098 0,7144 0,7012 0,7349 0,5900 0,0130 0,0150 0,0180 0,0200 0,0026 0,0030 0,0036 0,0040 3,0471 3,2150 3,2593 3,3753 0,4732 0,5268 0,5414 0,5807 0,4862 0,5418 0,5594 0,6007 0,9000 0,0120 0,0150 0,0190 0,0210 0,0024 0,0030 0,0038 0,0042 3,3011 3,2150 3,0877 3,2146 0,5554 0,5268 0,4859 0,5267 0,5674 0,5418 0,5049 0,5477 1,2100 0,0130 0,0440 0,0200 0,0220 0,0026 0,0088 0,0040 0,0044 3,0471 1,0960 2,9333 3,0684 0,4732 0,0612 0,4386 0,4799 0,4862 0,1052 0,4586 0,5019 1,5200 0,0200 0,0960 0,0220 0,0260 0,0040 0,0192 0,0044 0,0052 1,9806 0,5023 2,6667 2,5964 0,1999 0,0129 0,3624 0,3436 0,2199 0,1089 0,3844 0,3696 1,8200 0,0660 0,1210 0,0240 0,0880 0,0132 0,0242 0,0048 0,0176 0,6002 0,3986 2,4444 0,7671 0,0184 0,0081 0,3046 0,0300 0,0844 0,1291 0,3286 0,1180 2,1200 0,0910 0,1290 0,0890 0,1390 0,0182 0,0258 0,0178 0,0278 0,4353 0,3738 0,6592 0,4857 0,0097 0,0071 0,0221 0,0120 0,1007 0,1361 0,1111 0,1510 2,4500 0,1090 0,1320 0,1320 0,1540 0,0218 0,0264 0,0264 0,0308 0,3634 0,3653 0,4444 0,4383 0,0067 0,0068 0,0101 0,0098 0,1157 0,1388 0,1421 0,1638 2,7800 0,1110 0,1330 0,1390 0,1550 0,0222 0,0266 0,0278 0,0310 0,3569 0,3626 0,4221 0,4355 0,0065 0,0067 0,0091 0,0097 0,1175 0,1397 0,1481 0,1647 3,1200 0,1130 0,1360 0,1410 0,1580 0,0226 0,0272 0,0282 0,0316 0,3506 0,3546 0,4161 0,4273 0,0063 0,0064 0,0088 0,0093 0,1193 0,1424 0,1498 0,1673 3,4200 0,1160 0,1360 0,1430 0,1580 0,0232 0,0272 0,0286 0,0316 0,3415 0,3546 0,4103 0,4273 0,0059 0,0064 0,0086 0,0093 0,1219 0,1424 0,1516 0,1673 3,7100 0,1170 0,1370 0,1440 0,1590 0,0234 0,0274 0,0288 0,0318 0,3386 0,3520 0,4074 0,4246 0,0058 0,0063 0,0085 0,0092 0,1228 0,1433 0,1525 0,1682 4,0100 0,1180 0,1380 0,1450 0,1600 0,0236 0,0276 0,0290 0,0320 0,3357 0,3495 0,4046 0,4219 0,0057 0,0062 0,0083 0,0091 0,1237 0,1442 0,1533 0,1691 4,3100 0,1200 0,1390 0,1460 0,1610 0,0240 0,0278 0,0292 0,0322 0,3301 0,3469 0,4018 0,4193 0,0056 0,0061 0,0082 0,0090 0,1256 0,1451 0,1542 0,1700Fuente: Elaboracin p